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KR20170091588A - Configurable Robotic Surgical System with Virtual Rail and Flexible Endoscope - Google Patents

Configurable Robotic Surgical System with Virtual Rail and Flexible Endoscope Download PDF

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KR20170091588A
KR20170091588A KR1020177011905A KR20177011905A KR20170091588A KR 20170091588 A KR20170091588 A KR 20170091588A KR 1020177011905 A KR1020177011905 A KR 1020177011905A KR 20177011905 A KR20177011905 A KR 20177011905A KR 20170091588 A KR20170091588 A KR 20170091588A
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robotic
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KR1020177011905A
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KR102292155B1 (en
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시다르트 올리
마크 로운
프레데릭 에이치. 몰
엔리끄 로모
데이비드 에스. 민츠
앨런 장
Original Assignee
아우리스 서지컬 로보틱스, 인크.
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Abstract

로봇 암을 이동시키거나 조작하는 시스템 및 방법이 제공된다. 로봇 암 그룹은 로봇 암의 엔드 이펙터 사이에 가상 레일 또는 라인을 형성하도록 구성된다. 로봇 암은 사용자와 같은 외부의 힘에 반응한다. 사용자가 하나의 로봇 암을 움직이면 다른 로봇 암이 자동으로 이동하여 가상 레일 정렬을 유지한다. 로봇 암 단부 이펙터의 가상 레일은 3차원 중 하나 이상에서 변환될 수 있다. 가상 레일은 가상 레일 라인 상의 한 지점을 중심으로 회전할 수 있다. 로봇 암은 사용자의 접촉 특성을 감지하여 그에 따라 이동할 수 있다. 로봇 암의 다른 부분을 잡고, 흔들고, 누르고, 밀고, 당기고, 회전시키면 로봇 암의 다른 부분에서 다른 동작 응답이 발생한다.A system and method for moving or manipulating a robotic arm are provided. The robot arm group is configured to form a virtual rail or line between the end effectors of the robot arm. The robot arm responds to external forces such as the user. When the user moves one robot arm, the other robot arm automatically moves to maintain the virtual rail alignment. The virtual rail of the robot arm end effector can be transformed in one or more of the three dimensions. The virtual rail can rotate around a point on the virtual rail line. The robot arm senses the contact characteristic of the user and can move accordingly. Pushing, pushing, pushing, pushing, pulling, and rotating other parts of the robot arm cause different motion responses in different parts of the robot arm.

Description

가상 레일 및 가요성 내시경을 구비하는 구성 변경 가능한 로봇 수술 시스템{Configurable Robotic Surgical System with Virtual Rail and Flexible Endoscope}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a configurable robot surgical system having a virtual rail and a flexible endoscope,

본 출원은 본 명세서에서 참조로서 인용되며 2014년 9월 30일 자로 출원된 미국 특허 가출원 제62/057,936호(대리인 관리 번호 제41633-716.101호), 2014년 12월 24일 자로 출원된 미국 특허 가출원 제62/096,825호(대리인 관리 번호 제41663-717.101호), 및 2015년 8월 28일 자로 출원된 미국 특허 가출원 제62/211,135호(대리인 관리 번호 제41633-716.101호)에 대해 우선권을 주장한다.This application claims the benefit of U.S. Provisional Patent Application No. 62 / 057,936, filed September 30, 2014 (Attorney Docket No. 41633-716.101), which is incorporated herein by reference, and U.S. Provisional Patent Application, filed December 24, 62 / 096,825 (Attorney Docket No. 41663-717.101), and U.S. Provisional Patent Application No. 62 / 211,135 (Attorney Docket No. 41633-716.101), filed August 28, 2015 .

본 출원의 청구물은 본 명세서에서 참조로서 인용되며 함께 출원 중인 특허 가출원 제62/096,825호(대리인 관리 번호 제41663-717.101호), 특허 가출원 제62/057,936호(대리인 관리 번호 제41663-716.101호), 특허 가출원 제61/940,180호(대리인 관리 번호 제41633-714.101호), 특허 출원 제14/523,760호(대리인 관리 번호 제41663-712.201호), 특허 출원 제14/542,373호(대리인 관리 번호 제41663-712.301호), 특허 출원 제14/542,387호(대리인 관리 번호 제41663-712.302호), 특허 출원 제14/542,403호(대리인 관리 번호 제41663-712.303호) 및 특허 출원 제14/542,429호(대리인 관리 번호 제41663-712.304호)의 청구물과 관련된다.The claims of the present application are incorporated herein by reference in their entireties, and are incorporated herein by reference in their entirety, including patent applications No. 62 / 096,825 (Attorney Docket No. 41663-717.101), Provisional Patent Application No. 62 / 057,936 (Attorney Docket No. 41663-716.101 ), Patent Application No. 61 / 940,180 (Attorney Docket No. 41633-714.101), Patent Application No. 14 / 523,760 (Attorney Docket No. 41663-712.201), Patent Application No. 14 / 542,373 (Attorney Docket No. 41663-712.301), Patent Application No. 14 / 542,387 (Attorney Docket No. 41663-712.302), Patent Application No. 14 / 542,403 (Attorney Docket No. 41663-712.303) and Patent Application No. 14 / 542,429 Attorney Docket No. 41663-712.304).

본 출원의 분야는 의료 장치에 관한 것이다. 더욱 구체적으로는, 본 발명의 분야는 로봇 보조 내시경 또는 다른 수술을 위한 시스템 및 툴뿐만 아니라 로봇 보조 수술을 위한 카테터 및 내시경을 위한 기계 툴 및 제조 기술에 관한 것이다.The field of the present application relates to medical devices. More particularly, the field of the invention relates to systems and tools for robot assisted endoscopy or other surgery, as well as to machine tools and techniques for catheters and endoscopes for robot assisted surgery.

내시경 검사는 인체 내의 해부학적 위치에 치료제를 전달하고 촬영하기 위해 널리 사용되는 최소 침습 기술이다. 일반적으로 가요성 내시경은 툴를 수술이 수행되는 신체 내부의 수술 부위(예를 들면, 작은 절개부 또는 신체의 자연적인 구멍(비강, 항문, 질, 비뇨기, 목구멍 등)에 전달하는 데 사용된다. 내시경은 비선형 내강 또는 경로의 탐색을 가능하게 하는 가요성 샤프트의 말단부에서 이미징, 조명 및 조향 기능을 가질 수 있다.Endoscopy is a widely used minimally invasive technique for delivering and imaging therapeutic agents at anatomical locations within the body. Generally, a flexible endoscope is used to deliver a tool to a surgical site within the body where surgery is performed (e.g., a small incision or a natural hole in the body (nasal cavity, anus, vagina, urinary, throat, etc.) May have imaging, illumination and steering functions at the distal end of the flexible shaft to enable the detection of non-linear lumens or paths.

내강경 외과 어플리케이션(endolumenal surgical applications)은 내시경을 원하는 해부학적 위치로 위치시키고 구동시키는 것을 포함한다. 내강경 탐색을 돕기 위해, 내시경은 종종 작은 말단 벤딩 섹션을 연결하는(articulate) 수단을 가진다. 오늘날의 내시경 장치는 일반적으로 다양한 기능을 위한 수많은 레버, 다이얼 및 버튼이 있는 휴대용 장치이지만 분절된 점에서 제한된 성능을 제공한다. 제어를 위해, 의사는 스코프의 샤프트를 비틀면서 레버나 다이얼을 조종하여 내시경의 위치와 전진을 제어한다. 이러한 기술들은 장치를 사용하여 원하는 위치로 스코프를 전달할 때 의사가 손과 팔을 굽히는 것을 요한다. 그에 따른 팔 동작과 자세는 의사에게 불편하다. 그러한 위치를 유지하는 것은 육체적으로 힘들 수 있다. 따라서, 벤딩 섹션의 수동 작동은 종종 낮은 구동력 및 열악한 인체 공학적 구조에 의해 제한된다.Endolumenal surgical applications include positioning and driving the endoscope to the desired anatomical location. To aid in the detection of toughness, endoscopes often have means of articulating small end bending sections. Today's endoscopic devices are portable devices with many levers, dials and buttons for a variety of functions in general, but they offer limited performance in segmented terms. For control, the doctor manipulates the lever or dial while twisting the shaft of the scope to control the position and advancement of the endoscope. These techniques require the physician to flex his or her hands and arms when delivering the scope to the desired location using the device. The arm movements and postures are uncomfortable to the doctor. Maintaining such a position can be physically difficult. Thus, the manual actuation of the bending section is often limited by low driving forces and poor ergonomic construction.

오늘날의 내시경은 의사가 원하는 위치를 유지하는 동안 지원 요원이 수술, 진단 또는 치료 장치를 스코프로부터 전달, 작동 및 제거하는 것을 요구한다. 오늘날의 내시경은 또한 커브 정렬 및 근력 증강과 관련된 문제를 야기하는 풀 와이어(pull wires)를 활용한다. 일부 수술에서는 특히 작은 내강 탐색을 위해 원하는 위치로 탐색하는 데 도움이 되도록 형광 투시 또는 분할 CT 스캔이 요구된다.Today's endoscopes require support personnel to deliver, operate, and remove surgical, diagnostic or therapeutic devices from the scope while maintaining the position desired by the physician. Today's endoscopes also utilize pull wires that cause problems with curve alignment and muscle strength enhancement. Some surgeries require fluoroscopic or segmental CT scans to help you navigate to the desired location, especially for small lumen searches.

따라서, 개선된 인체 공학 구조, 유용성 및 탐색성을 제공하는 내강경 로봇 수술을 위한 시스템 및 툴를 갖는 것이 바람직할 것이다. 이러한 기술의 적용은 혈관 수술과 같은 다른 수술에도 적용될 수 있다. 또한, 카테터와 내시경이 벤딩(bending) 동작 중에 중심축이 일정하게 유지되도록 제어된 굴곡을 갖는 개선된 제어를 갖는 것이 바람직할 것이다. 또한, 이러한 카테터 및 내시경, 즉 해부학적 구조 및 공간에서의 사용 중에 발생하는 굽힘, 신장 및 연결 상태에도 불구하고 중심축을 유지하는 내시경 및 카테터를 제조하기 위한 개선된 방법을 갖는 것이 유익할 것이다.Thus, it would be desirable to have systems and tools for intrinsically robotic surgery that provide improved ergonomic structure, usability, and exploration. The application of this technique can also be applied to other operations such as vascular surgery. It would also be desirable to have an improved control with controlled bending such that the center axis remains constant during catheter and endoscope bending operations. It would also be advantageous to have an improved method for manufacturing endoscopes and catheters that maintain the central axis despite these catheters and endoscopes, i.e., anatomical structures and bending, elongation, and connection conditions that arise during use in space.

본 발명의 일 실시예는 3자유도 이상, 바람직하게는 6자유도 이상의 제1 로봇 암에 장착되며, 제어 가능하고 분절 가능한 말단부를 갖는 내강을 갖는 쉬스(sheath)를 제공한다. 본 실시예는 또한 제어 가능하고 분절 가능한 말단부와, 그 말단부에 위치한 광원 및 비디오 캡처 유닛과, 이를 통해 연장되는 하나 이상의 작동 채널을 갖는 가요성 내시경을 포함한다. 가요성 내시경은 쉬스의 내강에 슬라이딩 가능하게 배치되고, 3자유도 이상, 바람직하게는 6자유도 이상의 제2 로봇 암에 장착된다. 쉬스 및 가요성 내시경의 근위 단부에 각각 동작 가능하게 결합된 제1 및 제2 모듈이 더 포함된다. 모듈은 제1 및 제2 로봇 암에 장착되어, 제1 및 제2 로봇 암에 각각 쉬스 및 가요성 내시경을 장착한다. 모듈은 쉬스 및 가요성 내시경을 조종하고 조작하고 로봇 암에서 전력 및 기타 유틸리티를 수신할 수 있는 기구를 제공한다. 로봇 암은 제1 모듈이 제2 모듈에 대해 더 멀게 배치되고 쉬스의 근위 단부가 가요성 내시경의 근위 단부에 대해 더 멀게 배치된다. 제1 및 제2 로봇 암이 서로에 대해, 그리고 환자에 대해 상대적으로 이동하면, 가요성 내시경에 대한 쉬스의 이동 및 환자에 대한 서로 간의 이동이 발생한다.One embodiment of the present invention provides a sheath having a lumen with a controllable and segmentable distal end mounted to a first robotic arm of three degrees of freedom or more, preferably six degrees of freedom or more. The present embodiment also includes a flexible endoscope having a controllable and segmentable distal end, a light source and video capture unit located at the distal end thereof, and at least one actuating channel extending therethrough. The flexible endoscope is slidably disposed in the lumen of the sheath, and is mounted on the second robot arm having three degrees of freedom or more, preferably six degrees of freedom or more. The first and second modules are further operatively coupled to the proximal end of the sheath and the flexible endoscope, respectively. The module is mounted on the first and second robot arms to mount the sheath and the flexible endoscope on the first and second robot arms respectively. The module provides a mechanism for manipulating and manipulating the sheath and flexible endoscope and receiving power and other utilities from the robotic arm. The robotic arm is arranged such that the first module is further away from the second module and the proximal end of the sheath is located further away from the proximal end of the flexible endoscope. When the first and second robotic arms move relative to each other and relative to the patient, movement of the sheath relative to the flexible endoscope and movement of the patient relative to each other occurs.

일 실시예에서, 로봇은 제1 및 제2 로봇 암 사이에서 쉬스 및 가요성 내시경이 실질적으로 직선(예를 들어, 대략 180도의 각도)이고, 동축으로 정렬된 구성이되도록 서로에 대해 위치 설정되어, 로봇 암 사이에 "가상 레일"을 형성한다. 가상 레일은 90도 내지 180도 범위의 각도를 취할 수 있다는 점이 유의되어야 한다. 서로에 대한 로봇 암의 이동은 로봇 암 사이의 가상 레일을 유지하면서 서로 및 환자에 대한 쉬스 및 가요성 내시경의 축방향 이동을 제공한다.In one embodiment, the robot is positioned between the first and second robotic arms such that the sheath and flexible endoscope are substantially straight (e.g., at an angle of approximately 180 degrees) and coaxially aligned with respect to each other , And forms a "virtual rail" between the robot arms. It should be noted that the virtual rail can take angles ranging from 90 degrees to 180 degrees. The movement of the robot arm relative to each other provides axial movement of the sheath and flexible endoscope relative to each other and the patient while maintaining the virtual rail between the robot arms.

제1 및 제2 로봇 암은 별개의 이동 카트 상에 또는 동일한 이동 카트 상에 있을 수 있다. 이동 카트는 필요한 장비와 환자 비드(bead)를 더 잘 수용할 수 있도록 수술실 사이를 이동하거나 수술실 내에서 움직일 수 있다. 대안적으로, 로봇 암이 바닥이나 침대에 고정될 수도 있다.The first and second robotic arms may be on separate carts or on the same cart. The cart can move between operating rooms or move within the operating room to better accommodate the equipment and patient beads. Alternatively, the robot arm may be secured to the floor or bed.

본 발명은 대안적으로 상이한 수술을 위한 다수의 모듈을 제공하며, 여기서 로봇 암은 저장 장소, 예를 들어, 수술실에 위치한 모듈 교환 테이블 또는 스탠드로부터 원하는 모듈을 회수한다. 각 모듈 또는 모듈의 쌍은 특정 유형의 수술을 위해 설계된다.The present invention alternatively provides a number of modules for different operations wherein the robotic arm retrieves the desired module from a storage location, for example a module exchange table or stand located in the operating room. Each module or pair of modules is designed for a particular type of operation.

쉬스 및 가요성 내시경 조합을 갖는 모듈은 인체 내의 좁은 내강(예컨대, 기관지 및 다른 폐기도, 혈관, 특히 요로)을 탐색할 수 있다. 추가 모듈은 복강경(단일 또는 이중 포트), 미세 외과 모듈(또한, 쉬스 및 가요성 내시경 배치를 가질 수 있지만, 눈 또는 기타 미세 수술 부위에 맞게 크기가 조정될 수 있음)을 포함할 수 있다. 대안적으로, 미세 수술 모듈은 수술 규모에 적합한 크기의 강성 기구를 지지하도록 구성될 수 있다.Modules with a combination of sheath and flexible endoscopes can probe narrow lumens in the body (e.g., bronchi and other waste, blood vessels, especially urinary tract). The additional module may include a laparoscope (single or dual port), a microsurgical module (which may also have a sheath and flexible endoscope placement, but may be sized for an eye or other microsurgery site). Alternatively, the microsurgical module may be configured to support a rigid instrument of a size appropriate to the surgical scale.

본 발명에 따른 실시예들에서, 쉬스 및 가요성 내시경은 근위 단부, 말단부 및 제어 가능한 굴곡부를 갖는 샤프트를 포함하며, 바람직하게는 제어 가능한 굴곡부는 말단 굴곡부이다. 하나 이상의 텐던-도관(tendon-conduit), 바람직하게는 4개의 텐던-도관이 말단부인 제어 가능한 벤딩 섹션의 근위 단부에서 말단부로의 샤프트 벽의 벽을 통해 연장된다. 바람직하게는, 샤프트는 대략 원형 또는 타원형 단면을 갖는다. 하나 이상의 텐던, 바람직하게는 4개의 텐던이 하나 이상의 텐던-도관 각각을 통해 연장한다. 텐던-도관은 근위 단부에서 샤프트의 나선형 부분까지 샤프트의 중심축에 대략 평행하게 샤프트 벽을 관통하여 연장되고, 텐던 도관은 제어 가능한 굴곡부의 근위 단부까지 중심축에 대해 나선형 또는 나선형 패턴으로 연장되며, 제어 가능한 굴곡부의 원위 단부까지 중심축에 대해 대략 평행하게 샤프트 벽을 관통하여 연장된다. 바람직하게는, 제어 가능한 굴곡부는 샤프트의 말단부에 있다. 하나 이상의 텐던은 제어 가능한 굴곡부의 말단부에 고정되어, 하나 이상의 텐던을 인장시켜 제어 가능한 굴곡부가 연결되도록 한다.In embodiments according to the present invention, the sheath and flexible endoscope comprise a shaft having a proximal end, a distal end and a controllable bend, wherein preferably the controllable bend is a distal bend. One or more tendon-conduits, preferably four tendon-conduits, extend through the wall of the shaft wall from the proximal end of the controllable bending section distal to the distal end. Preferably, the shaft has a generally circular or elliptical cross-section. One or more tendons, preferably four tendons, extend through each of the one or more tendon-conduits. The tendon-conduit extends through the shaft wall substantially parallel to the central axis of the shaft from the proximal end to the spiral portion of the shaft, and the tendon conduit extends in a helical or spiral pattern with respect to the central axis to the proximal end of the controllable curvature, Extends through the shaft wall approximately parallel to the central axis to the distal end of the controllable bend. Preferably, the controllable bend is at the distal end of the shaft. The at least one tendon is secured to the distal end of the controllable bend, tensioning the at least one tendon such that a controllable bend is connected.

로봇 보조 내시경 수술을 위한 시스템, 장치 및 방법이 개시되어 있다. 예시적인 로봇 수술 시스템은 제1 및 제2 로봇 암 및 로봇 암을 작동시키기 위한 제어기를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 로봇 암은 내시경 툴(들)에 결합될 수 있는 제1 및 제2 장치 조작기를 각각 포함할 수 있다. 제1 및 제2 장치 조작기는 내시경 툴를 작동시키기 위해 가상 레일을 형성하도록 정렬되어 구성될 수 있다. 제1 로봇 암 및/또는 제2 로봇 암은 가상 레일 정렬을 보존하는 방식으로 이동 가능하여, 내시경 툴(들)의 적절하고/적절하거나 바람직한 정렬을 유지할 수 있다. 제어기는 가상 레일 정렬을 유지하는 방식으로 제1 및 제2 장치 조작기를 이동시키도록 구성될 수 있다. 제1 또는 제2 로봇 암 중 하나 이상은 사용자에 의해 인가된 힘에 반응할 수 있고, 로봇 암 중 하나에 인가된 힘은 양 암을 서로 협동하여 가상 레일 정렬이 유지되도록 할 수 있다. 제1 및 제2 로봇 암 또는 장치 조작기에 의해 형성된 가상 레일은 X축, Y축 또는 Z축(즉, 수평 및/또는 수직) 중 하나 이상에서 병진 이동될 수 있다. 가상 레일은 또한 제1 및 제2 로봇 암 또는 장치 조작기에 의해 형성된 가상 선을 따라, 장치 조작기 중 하나의 중심, 제1 및 제2 장치 조작기 사이의 지점 또는 제1 및 제2 장치 조작기에 의해 형성된 선분 너머의 점과 같은 임의의 지점에 대해 회동할 수 있다. 일부 실시예에서, 시스템은 제어기에 의해 작동될 수 있고 제1 및 제2 로봇 암과 함께 가상 레일을 형성하도록 구성될 수 있는 제3 로봇 암을 더 포함할 수 있다. 상기 시스템은 제어기에 의해 동작 가능하고 가상 레일을 형성하도록 구성된 추가 로봇 암을 더 포함할 수 있다.A system, apparatus and method for robot assisted endoscopic surgery are disclosed. An exemplary robotic surgery system may include first and second robotic arms and a controller for actuating the robotic arms. The first and second robotic arms may each include first and second device manipulators that can be coupled to the endoscope tool (s). The first and second device manipulators may be configured and arranged to form a virtual rail for actuating the endoscope tool. The first robotic arm and / or the second robotic arm may be movable in a manner that preserves the virtual rail alignment to maintain proper / proper or desired alignment of the endoscopic tool (s). The controller may be configured to move the first and second device manipulators in a manner that maintains a virtual rail alignment. One or more of the first or second robotic arms may be responsive to a force applied by the user and a force applied to one of the robotic arms may cooperate with the other arms such that the virtual rail alignment is maintained. The virtual rail formed by the first and second robot arm or device manipulators may be translationally moved in one or more of the X axis, the Y axis, or the Z axis (i.e., horizontal and / or vertical). The virtual rail may also be located along the imaginary line formed by the first and second robotic arm or device manipulators such that the center of one of the device manipulators, a point between the first and second device manipulators, or a point formed by the first and second device manipulators It can be rotated about any point such as a point beyond the line segment. In some embodiments, the system may further comprise a third robotic arm that can be actuated by the controller and configured to form a virtual rail with the first and second robotic arms. The system may further comprise an additional robot arm operable by the controller and configured to form a virtual rail.

로봇 수술 시스템의 사용자 조작을 위한 시스템, 장치 및 방법이 또한 개시된다. 로봇 암은 사용자로부터 힘이 인가된 다양한 입력에 반응할 수 있다. 사용자는 몇 가지 예로서 탭, 푸시, 당김, 이중 탭 또는 복수의 탭, 홀드 또는 쉐이크와 같이 로봇 암에 힘을 가할 수 있다. 로봇 힘은 검출된 힘의 특성에 기초하여 사용자의 의도를 결정하고 가하는 힘을 검출할 수 있다. 이러한 특성에는 발휘된 힘의 위치, 크기, 방향 및 시기가 포함될 수 있다. 결정된 사용자 의도에 기초하여, 로봇 암은 미리 결정된 패턴으로 움직일 수 있다.A system, apparatus and method for user manipulation of a robotic surgical system is also disclosed. The robotic arm may respond to various input forces applied by the user. The user may exert a force on the robotic arm, such as a tap, push, pull, double tap or multiple tap, hold or shake in some examples. The robot force can determine the user's intention based on the detected force characteristics and detect the applied force. Such characteristics may include the position, size, orientation and timing of the exerted force. Based on the determined user intention, the robot arm can move in a predetermined pattern.

본 개시의 양태들은 로봇 암 시스템을 이동시키는 방법을 제공한다. 로봇 암 시스템이 제공될 수 있다. 상기 시스템은 제1 로봇 암과 제2 로봇 암을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 로봇 암은 서로에 대해 미리 결정된 거리 및 방향을 가질 수 있다. 제1 로봇 암은 그에 작용하는 힘을 검출할 수 있다. 제1 로봇 암은 검출된 힘에 응답하여 자동으로 움직일 수 있다. 제1 로봇 암은 제1 이동 벡터로 움직일 수 있다. 제2 로봇 암은 제1 및 제2 로봇 암 사이의 소정의 거리 및 방향이 유지되도록 검출된 힘에 응답하여 자동으로 움직일 수 있다. 제2 로봇 암은 제2 이동 벡터로 이동할 수 있다.Aspects of the present disclosure provide a method of moving a robotic arm system. A robot arm system can be provided. The system may include a first robotic arm and a second robotic arm. The first and second robotic arms may have a predetermined distance and direction relative to each other. The first robot arm can detect the force acting thereon. The first robot arm can automatically move in response to the detected force. The first robotic arm can be moved to a first motion vector. The second robot arm may automatically move in response to the detected force such that a predetermined distance and direction between the first and second robot arms is maintained. The second robot arm may move to the second motion vector.

제1 및 제2 로봇 암 사이의 소정의 거리 및 방향은 제1 및 제2 로봇 암의 경계 단부 사이의 선형 정렬과 같은 제1 및 제2 로봇 암 사이의 선형 정렬을 포함할 수 있다. 제1 로봇 암을 자동으로 이동시키는 경우, 제1 로봇 암의 인터페이스 단부는 제1 및 제2 로봇 암에 의해 형성된 라인상의 한 점을 중심으로 선회될 수 있다. 제2 로봇 암을 자동으로 이동시키는 경우, 제2 로봇 암의 인터페이스 단부는 제1 및 제2 로봇 암에 의해 형성된 라인상의 지점을 중심으로 선회될 수 있다. 선상의 점은 제1 및 제2 로봇 암의 인터페이스 단부 사이 또는 제1 및 제2 로봇 암의 인터페이스 단부를 넘어서 있을 수 있다.The predetermined distance and direction between the first and second robotic arms may include a linear alignment between the first and second robotic arms, such as a linear alignment between the border ends of the first and second robotic arms. When automatically moving the first robot arm, the interface end of the first robot arm can be pivoted about a point on the line formed by the first and second robot arms. When automatically moving the second robot arm, the interface end of the second robot arm can be pivoted about a point on the line formed by the first and second robot arms. The point on the line may be between the interface ends of the first and second robotic arms or over the interface ends of the first and second robotic arms.

제1 및 제2 로봇 암 사이의 소정의 거리 및 방향이 유지되도록 검출된 힘에 응답하여 제2 로봇 암을 자동으로 이동시키는 경우, 제1 및 제2 로봇 암은 하나 이상의 X축, Y축 또는 Z축을 따라 일제히 병진할 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 이동 벡터와 제2 이동 벡터는 동일하다. 다른 실시예에서, 제1 이동 벡터와 제2 이동 벡터는 상이하다.When the second robot arm is automatically moved in response to a detected force such that a predetermined distance and direction between the first and second robot arms is maintained, the first and second robot arms are moved in the X-axis, the Y- You can translate all along the Z axis. In some embodiments, the first motion vector and the second motion vector are the same. In another embodiment, the first motion vector and the second motion vector are different.

로봇 암의 시스템은 제3 로봇 암을 더 포함할 수 있다. 제1, 제2 및 제3 로봇 암은 서로에 대해 미리 결정된 거리 및 방향에 있을 수 있다. 제3 로봇 암은 제1, 제2 및 제3 로봇 암 사이의 소정의 거리 및 방향이 유지되도록 검출된 힘에 응답하여 자동으로 움직일 수 있다. 제3 로봇 암은 제3 이동 벡터와 함께 움직일 수 있다. 제1, 제2 및 제3 로봇 암 사이의 소정의 거리 및 방향은 제1, 제2 및 제3 로봇 암의 인터페이스 단부 사이의 선형 정렬과 같이 제1, 제2 및 제3 로봇 암 사이의 선형 정렬을 포함할 수 있다.The system of the robot arm may further include a third robot arm. The first, second and third robot arms may be at a predetermined distance and direction with respect to each other. The third robot arm may automatically move in response to the detected force such that a predetermined distance and direction between the first, second and third robot arms is maintained. The third robot arm can move with the third motion vector. The predetermined distance and direction between the first, second and third robotic arms is a linear relationship between the first, second and third robotic arms, such as linear alignment between the interface ends of the first, ≪ / RTI >

제1 로봇 암을 자동으로 이동시키는 경우, 제1 로봇 암의 인터페이스 단부는 제1, 제2 및 제3 로봇 암에 의해 형성된 라인상의 한 점을 중심으로 선회될 수 있다. 제2 로봇 암을 자동으로 이동시키는 경우, 제2 로봇 암의 인터페이스 단부는 제1, 제2 및 제3 로봇 암에 의해 형성된 라인상의 지점을 중심으로 선회될 수 있다. 제3 로봇 암을 자동으로 이동시키는 경우, 제3 로봇 암의 인터페이스 단부는 제1, 제2 및 제3 로봇 암에 의해 형성된 선상의 지점을 중심으로 선회될 수 있다. 라인상의 지점은 제1, 제2 또는 제3 로봇 암의 인터페이스 단부 중 2개 이상 사이 또는 제1, 제2 또는 제3 로봇 암의 인터페이스 단부 중 2개 이상을 초과할 수 있다. 제1, 제2 및 제3 로봇 암 사이의 소정의 거리 및 방향이 유지되도록 검출된 힘에 응답하여 제3 로봇 암을 자동으로 이동시키는 경우, 제1, 제2 및 제3 로봇 암은 X축, Y축 또는 Z축 중 하나 이상을 따라 일제히 병진할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 이동 벡터, 제2 이동 벡터 및 제3 이동 벡터 중 둘 이상은 동일하다. 다른 실시예에서, 제1 이동 벡터, 제2 이동 벡터 및 제3 이동 벡터 중 둘 이상은 상이하다.When automatically moving the first robot arm, the interface end of the first robot arm may be pivoted about a point on the line formed by the first, second and third robot arms. When automatically moving the second robot arm, the interface end of the second robot arm may be pivoted about a point on the line formed by the first, second and third robot arms. When automatically moving the third robot arm, the interface end of the third robot arm may be pivoted about a point on the line formed by the first, second and third robot arms. The point on the line may exceed two or more of the interface ends of the first, second or third robotic arms or more than one of the interface ends of the first, second or third robotic arms. The first, second, and third robotic arms automatically move the third robot arm in response to the detected force so that a predetermined distance and direction between the first, second, and third robot arms are maintained, , Y-axis, or Z-axis. In some embodiments, at least two of the first motion vector, the second motion vector, and the third motion vector are the same. In another embodiment, at least two of the first motion vector, the second motion vector, and the third motion vector are different.

일부 실시예에서, 제1 로봇 암은 제1 로봇 암의 관절에 작용하는 토크를 검출함으로써 제1 로봇 암에 인가된 힘을 검출할 수 있다. 제1 로봇 암에 인가된 힘은 환자의 수술 중에 검출될 수 있다.In some embodiments, the first robot arm can detect a force applied to the first robot arm by detecting a torque acting on the joint of the first robot arm. The force applied to the first robot arm can be detected during the operation of the patient.

일부 실시예에서, 로봇 암 시스템의 이동 모드는 검출된 힘에 응답하여 작동될 수 있다. 로봇 암 시스템의 이동 모드는 어드미턴스 모드 또는 임피던스 모드 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 시스템의 이동 모드는 제1 및 제2 로봇 암이 이동 한 후에는 무효화될 수 있다.In some embodiments, the motion mode of the robotic arm system may be activated in response to a detected force. The moving mode of the robotic arm system may include one or more of an admittance mode or an impedance mode. The movement mode of the system may be invalidated after the first and second robot arms have moved.

본 개시의 양태들은 로봇 암 시스템을 제공한다. 예시적인 시스템은 제1 로봇 암, 제2 로봇 암 및 제어기를 포함할 수 있다. 제1 로봇 암은 제1 로봇 암에 인가된 힘을 검출하도록 구성된 힘 센서를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 로봇 암은 서로에 대해 미리 결정된 거리 및 방향을 가질 수 있다. 제어기는 제1 및 제2 로봇 암에 연결될 수 있다. 제어기는 (i) 검출된 힘에 응답하여 제1 이동 벡터로 제1 로봇 암을 자동으로 이동시키고 (ii) 검출된 힘에 응답하여 제2 이동 벡터로 제2 로봇 암을 자동으로 이동시켜 제1 및 제2 로봇 암 사이의 미리 결정된 거리 및 방향이 유지된다.Embodiments of the present disclosure provide a robotic arm system. An exemplary system may include a first robotic arm, a second robotic arm, and a controller. The first robot arm may include a force sensor configured to detect a force applied to the first robot arm. The first and second robotic arms may have a predetermined distance and direction relative to each other. The controller may be connected to the first and second robot arms. The controller is configured to: (i) automatically move the first robot arm to a first motion vector in response to the detected force; and (ii) automatically move the second robot arm to a second motion vector in response to the detected force, And a predetermined distance and direction between the first robot arm and the second robot arm are maintained.

제1 및 제2 로봇 암 사이의 소정의 거리 및 방향은 제1 및 제2 로봇 암의 인터페이스 단부 사이의 선형 정렬과 같은 제1 및 제2 로봇 암 사이의 선형 정렬을 포함할 수 있다. 제어기는 제1 및 제2 로봇 암에 의해 형성된 라인상의 한 점을 중심으로 제1 및 제2 로봇 암의 인터페이스 단부를 피벗시키도록 구성될 수 있다. 선상의 점은 제1 및 제2 로봇 암의 인터페이스 단부 사이 또는 제1 및 제2 로봇 암의 인터페이스 단부를 넘어서 있을 수 있다.The predetermined distance and direction between the first and second robotic arms may include a linear alignment between the first and second robotic arms, such as a linear alignment between the interface ends of the first and second robotic arms. The controller may be configured to pivot the interface ends of the first and second robotic arms about a point on the line formed by the first and second robotic arms. The point on the line may be between the interface ends of the first and second robotic arms or over the interface ends of the first and second robotic arms.

제어기는 X축, Y축 또는 Z축 중 하나 이상을 따라서 일제히 제1 및 제2 로봇 암을 이동시키도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 이동 벡터와 제2 이동 벡터는 동일하다. 다른 실시예에서, 제1 이동 벡터와 제2 이동 벡터는 상이하다.The controller may be configured to move the first and second robotic arms in unison along one or more of the X, Y, or Z axes. In some embodiments, the first motion vector and the second motion vector are the same. In another embodiment, the first motion vector and the second motion vector are different.

상기 시스템은 제3 로봇 암을 더 포함할 수 있다. 제1, 제2 및 제3 로봇 암은 서로에 대해 소정의 거리 및 방향을 가질 수 있다. 제어기는 제1, 제2 및 제3 로봇 암 사이의 소정 거리 및 방향이 유지되도록 검출된 힘에 응답하여 제3 이동 벡터로 제3 로봇 암을 자동으로 이동시키도록 구성될 수 있다. 제1, 제2 및 제3 로봇 암 사이의 소정의 거리 및 방향은 제1, 제2 및 제3 로봇 암의 인터페이스 단부 사이의 선형 정렬과 같이 제1, 제2 및 제3 로봇 암 사이의 선형 정렬을 포함할 수 있다.The system may further include a third robot arm. The first, second and third robot arms may have a predetermined distance and direction with respect to each other. The controller may be configured to automatically move the third robot arm to a third motion vector in response to the detected force such that a predetermined distance and direction between the first, second and third robot arms is maintained. The predetermined distance and direction between the first, second and third robotic arms is a linear relationship between the first, second and third robotic arms, such as linear alignment between the interface ends of the first, ≪ / RTI >

제어기는 제1, 제2 및 제3 로봇 암에 의해 형성된 라인 상의 한 점을 중심으로 제1, 제2 및 제3 로봇 암의 인터페이스 단부를 선회시키도록 구성될 수 있다. 라인 상의 지점은 제1, 제2 또는 제3 로봇 암의 인터페이스 단부 중 둘 이상의 사이에 있거나, 제1, 제2 또는 제3 로봇 암의 인터페이스 단부 중 둘 이상의 너머에 있을 수 있다. 제어기는 X축, Y축 또는 Z축 중 하나 이상을 따라 조화롭게 제1, 제2 및 제3 로봇 암을 병진시키도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 이동 벡터, 제2 이동 벡터 및 제3 이동 벡터 중 둘 이상은 동일하다. 다른 실시예에서, 제1 이동 벡터, 제2 이동 벡터 및 제3 이동 벡터 중 둘 이상은 상이하다.The controller may be configured to pivot the interface ends of the first, second and third robot arms about a point on the line formed by the first, second and third robot arms. The point on the line may be between two or more of the interface ends of the first, second or third robotic arm, or may be more than two of the interface ends of the first, second or third robotic arm. The controller may be configured to translate the first, second, and third robotic arms in unison along one or more of the X, Y, or Z axes. In some embodiments, at least two of the first motion vector, the second motion vector, and the third motion vector are the same. In another embodiment, at least two of the first motion vector, the second motion vector, and the third motion vector are different.

제1 로봇 암은 하나 이상의 조인트 및 하나 이상의 링크를 포함할 수 있다. 제1 로봇 암의 힘 센서는 하나 이상의 조인트에 연결된 토크 센서를 포함할 수 있다. 제1 로봇 암은 하나 이상의 조인트 및 하나 이상의 링크를 포함할 수 있다. 제1 로봇 암의 힘 센서는 하나 이상의 링크에 연결된 촉각 센서를 포함할 수 있다.The first robotic arm may include one or more joints and one or more links. The force sensor of the first robotic arm may include a torque sensor coupled to the one or more joints. The first robotic arm may include one or more joints and one or more links. The force sensor of the first robotic arm may include a tactile sensor connected to one or more links.

제어기는 검출된 힘에 응답하여 로봇 암 시스템의 이동 모드를 가능하게 하도록 구성될 수 있다. 로봇 암 시스템의 이동 모드는 어드미턴스 모드 또는 임피던스 모드 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 제어기는 제1 및 제2 로봇 암이 이동한 후에 시스템의 이동 모드가 비활성화되도록(disabled) 구성될 수 있다.The controller may be configured to enable a movement mode of the robotic arm system in response to the detected force. The moving mode of the robotic arm system may include one or more of an admittance mode or an impedance mode. The controller may be configured to disable the movement mode of the system after the first and second robotic arms have moved.

본 개시의 양태들은 로봇 암을 이동시키는 방법을 제공한다.Aspects of the present disclosure provide a method of moving a robotic arm.

로봇 암에 작용하는 힘이 검출될 수 있다. 인가된 힘은 힘 벡터 및 타이밍 특성을 포함할 수 있다. 사용자 의도는 검출된 힘의 힘 벡터 및 타이밍 특성에 기초하여 결정될 수 있다. 로봇 암은 결정된 사용자 의도에 따라 자동으로 움직일 수 있다. 로봇 암에 인가된 힘을 검출하는 단계는 힘이 로봇 암의 조인트, 링크 또는 인터페이스 말단에 가해졌는지 여부를 검출하는 단계 또는 로봇의 조인트에 결합된 토크 센서로 힘을 검출하는 단계 중 하나 이상의 검출하는 단계 또는 로봇 암의 링크에 연결된 촉각 센서로 힘을 검출하는 단계를 포함한다. 사용자 의도를 결정하는 단계는 인가된 힘이 홀드, 푸시, 당김, 탭, 복수의 탭, 회전, 또는 로봇 암의 적어도 일부분의 흔들림 중 하나 이상인지 여부를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.A force acting on the robot arm can be detected. The applied force may include a force vector and a timing characteristic. The user intention can be determined based on the force vector and the timing characteristic of the detected force. The robot arm can automatically move according to the determined user intention. The step of detecting the force applied to the robot arm may include detecting the force applied to the joint, link or interface end of the robot arm, or detecting the force with the torque sensor coupled to the joint of the robot. Step or detecting a force with a tactile sensor connected to the link of the robot arm. The step of determining user intent may comprise determining whether the applied force is at least one of a hold, a push, a pull, a tap, a plurality of taps, a rotation, or a shake of at least a portion of a robotic arm.

로봇 암의 이동 모드는 로봇 암을 자동으로 이동시키기 전에 작동될 수 있다. 로봇 암의 이동 모드는 로봇 암을 자동으로 이동시킨 후에 비활성화될 수 있다. 이동 모드를 가능하게 하기 위해, 예를 들면 로봇 암과 통신하는 풋 페달, 로봇 암과 통신하는 조이스틱, 음성 명령, 검출된 광 또는 로봇 암과 통신하는 컴퓨팅 장치로부터 명령이 수신될 수 있다. 이동 모드는 임피던스 모드 또는 어드미턴스 모드 중 하나 이상을 포함할 수 있다.The moving mode of the robot arm can be operated before automatically moving the robot arm. The moving mode of the robot arm can be deactivated after automatically moving the robot arm. Commands may be received from a computing device communicating with, for example, a foot pedal in communication with a robotic arm, a joystick in communication with the robotic arm, a voice command, detected light, or a robotic arm, to enable the move mode. The movement mode may include one or more of an impedance mode or an admittance mode.

사용자 의도를 결정하기 위해, 사용자의 제스처 유형이 검출될 수 있다. 사용자 의도를 결정하는 단계는 로봇 암에 인가된 힘이 로봇 암의 관절에 하나 이상의 탭을 포함하는 것으로 결정하는 단계를 포함할 수 있으며, 로봇 암의 관절은 하나 이상의 다른 관절의 위치를 유지하면서 자동으로 움직일 수 있거나 또는 상기 하나 이상의 탭에 응답하여 상기 로봇 암의 인터페이스 단부에 결합된다. 사용자 의도를 결정하는 단계는, 로봇 암에 인가된 힘이 로봇 암의 조인트의 위치가 유지되고, 로봇 암의 인터페이스 말단이 회전하며, 로봇 암의 인터페이스 말단에 풀(pull)을 포함하는 것을 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 사용자 의도를 결정하는 단계는 로봇 암에 인가된 힘이 로봇 암의 인터페이스 단부를 밀거나 당기는 것을 포함하는 것으로 결정하는 단계를 포함할 수 있으며, 로봇 암의 인터페이스 단부는 로봇 암의 가압 또는 당김에 응답하여 자동적으로 이동될 수 있다. 인터페이스 단부와 전체 로봇 암이 인터페이스 단부의 이동을 따라 자동으로 움직일 수 있다.To determine the user intent, the user's gesture type may be detected. The step of determining the user's intent may comprise determining that the force applied to the robotic arm includes one or more tabs on the joint of the robotic arm, Or coupled to the interface end of the robotic arm in response to the one or more taps. The step of determining the user's intent determines whether the force applied to the robot arm is to maintain the position of the joint of the robot arm, rotate the interface end of the robot arm, and include a pull at the interface end of the robot arm Step & lt ; / RTI & gt ; Determining the user intent may comprise determining that the force applied to the robotic arm includes pushing or pulling the interface end of the robotic arm, wherein the interface end of the robotic arm is responsive to the pushing or pulling of the robotic arm And can be moved automatically. The interface end and the entire robot arm can automatically move along the movement of the interface end.

일부 실시예에서, 로봇 암의 초기 위치는 로봇 암을 이동시키기 전에 기억될 수 있다. 로봇 암은 결정된 사용자 의도에 응답하여 로봇 암을 이동시킨 후에 초기 위치로 다시 이동될 수 있다.In some embodiments, the initial position of the robotic arm may be stored prior to moving the robotic arm. The robot arm can be moved back to the initial position after moving the robot arm in response to the determined user intention.

본 개시의 양태들은 로봇 암 시스템을 제공할 수 있다. 예시적인 로봇 암 시스템은 로봇 암 및 제어기를 포함할 수 있다. 로봇 암은 로봇 암에 인가된 힘을 검출하도록 구성된 힘 센서를 포함할 수 있다. 인가된 힘은 힘 벡터 및 타이밍 특성을 포함할 수 있다. 제어기는 로봇 암에 결합될 수 있다. 제어기는 (i) 검출된 힘의 힘 벡터 및 타이밍 특성에 기초하여 사용자 의도를 결정하고, (ii) 결정된 사용자 의도에 응답하여 로봇 암을 자동으로 이동시키도록 구성될 수 있다.Aspects of the present disclosure can provide a robotic arm system. An exemplary robotic arm system may include a robot arm and a controller. The robot arm may include a force sensor configured to detect a force applied to the robot arm. The applied force may include a force vector and a timing characteristic. The controller can be coupled to the robot arm. The controller may be configured to (i) determine the user's intention based on the force vector and timing characteristics of the detected force, and (ii) automatically move the robotic arm in response to the determined user intent.

힘 센서는 힘이 로봇 암의 연결부, 링크 또는 인터페이스 단부에 가해졌는지 여부를 검출하도록 구성될 수 있다. 힘 센서는 로봇 암의 조인트에 결합된 토크 센서 또는 로봇 암의 링크에 결합된 촉각 센서 중 하나 이상을 포함할 수 있다.The force sensor may be configured to detect whether a force is applied to the connection, link or interface end of the robotic arm. The force sensor may include one or more of a torque sensor coupled to the joint of the robot arm or a tactile sensor coupled to the link of the robot arm.

제어기는 인가된 힘이 홀드, 푸시, 풀, 탭, 복수의 탭, 회전 또는 로봇 암의 부분 또는 전체의 쉐이크 중 하나 이상인지를 결정함으로써 사용자 의도를 결정하도록 구성될 수 있다. 제어기는 로봇 암을 자동으로 이동시키기 전에 로봇 암의 이동 모드를 가능하게 하도록 구성될 수 있다. 제어기는 로봇 암을 자동으로 이동시킨 후에 로봇 암의 이동 모드가 비활성화되도록 구성될 수 있다.The controller may be configured to determine user intent by determining that the applied force is one or more of hold, push, pull, tap, multiple taps, rotation, or a shake of a portion or all of the robotic arm. The controller may be configured to enable a movement mode of the robot arm before automatically moving the robot arm. The controller may be configured such that the moving mode of the robot arm is deactivated after automatically moving the robot arm.

시스템은 이동 모드를 가능하게 하기 위해 제어기와 통신하는 외부 제어 유닛을 더 포함할 수 있다. 외부 제어 유닛은 풋 페달, 조이스틱, 마이크로폰, 광 검출기 또는 컴퓨팅 장치 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 이동 모드는 임피던스 모드 또는 어드미턴스 모드 중 하나 이상을 포함할 수 있다.The system may further comprise an external control unit in communication with the controller to enable the movement mode. The external control unit may include one or more of a foot pedal, a joystick, a microphone, a photodetector, or a computing device. The movement mode may include one or more of an impedance mode or an admittance mode.

로봇 암은 조인트, 링크 및 인터페이스 단부를 포함할 수 있다.The robot arm may include a joint, a link, and an interface end.

제어기는 예를 들어 제스처 센싱을 통해 많은 방법으로 사용자 의도를 결정하도록 구성될 수 있다. 제어기는 로봇 암에 인가된 힘이 조인트상의 하나 이상의 탭을 포함한다는 것을 결정함으로써 사용자 의도를 결정하고, 로봇 암의 조인트를 자동으로 이동시킴으로써 로봇 암을 자동으로 이동시키면서 하나 이상의 탭에 응답하여 암의 인터페이스 단부 또는 하나 이상의 다른 조인트의 위치를 유지하도록 도록 구성될 수 있다. 제어기는 로봇 암의 접합부의 위치가 유지되는 동안 로봇 암에 인가된 힘이 로봇 암의 인터페이스 단부를 당기는 것을 포함하는 것으로 결정함으로써 사용자 의도를 결정하도록 구성될 수 있으며, 로봇 암을 자동적으로 로봇 암의 인터페이스 단부를 회전시킨다. 제어기는 로봇 암에 인가된 힘이 로봇 암의 인터페이스 단부를 밀거나 당기는 것을 포함하는 것으로 결정함으로써 사용자 의도를 결정하고, 인터페이스 단부 상의 푸쉬 또는 풀에 응답하여 로봇 암의 인터페이스 단부를 자동적으로 이동시키고, 인터페이스 단부의 이동을 따르도록 전체 로봇 암을 자동적으로 이동시키도록 구성될 수 있다.The controller can be configured to determine the user's intent in many ways, for example via gesture sensing. The controller determines the intent of the user by determining that the force applied to the robot arm includes one or more tabs on the joint and automatically moves the robot arm by automatically moving the joint of the robot arm, The interface end, or one or more other joints. The controller may be configured to determine the user intention by determining that the force applied to the robot arm includes pulling the interface end of the robot arm while the position of the junction of the robot arm is maintained, Rotate the interface end. The controller determines the user intention by determining that the force applied to the robot arm includes pushing or pulling the interface end of the robot arm and automatically moves the interface end of the robot arm in response to the push or pull on the interface end, And may be configured to automatically move the entire robot arm to follow the movement of the interface end.

제어기는 로봇 암을 이동시키기 전에 로봇 암의 초기 위치를 기억하도록 구성될 수 있다. 제어기는 결정된 사용자 의도에 응답하여 로봇 암을 이동시킨 후에 로봇 암을 초기 위치로 다시 이동 시키도록 구성될 수 있다.The controller can be configured to memorize the initial position of the robot arm before moving the robot arm. The controller may be configured to move the robot arm to an initial position after moving the robot arm in response to the determined user intention.

도 1은 다수의 실시예에 따른 로봇 내시경 시스템을 도시한다.
도 2a는 다수의 실시예에 따른 로봇 수술 시스템을 도시한다.
도 2b는 다수의 실시예에 따라, 마취 카트가 환자의 머리쪽으로 제공되는 도 2a의 시스템의 평면도이다.
도 2c는 도 2a의 시스템을 도시한다.
도 2d 및 도 2e는 다수의 실시예에 따라, 도 2a의 로봇 수술 시스템의 다용도성을 보여주는, 도 2a의 시스템의 암(202 및 204)의 대안적인 배열을 도시한다.
도 3a는 다수의 실시예들에 따라, 다수의 가상 레일들을 갖는 시스템의 평면도이다.
도 3b는 다수의 실시예들에 따른 추가의 로봇 암, 관련 툴 베이스, 및 툴을 구비한 도 3a의 로봇 수술 시스템의 사용을 도시한다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예들의 모듈화를 도시한다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 시스템에서 기계식 암에 결합된 메커니즘 교환기 인터페이스의 구현예를 도시한다.
도 5b는 도 5a의 수형(male) 메커니즘 교환기 인터페이스(502)의 다른 도면을 도시한다.
도 5c는 도 3a 및 도 3b로부터의 수형 메커니즘 교환기 인터페이스(502)와 연결하기 위해 기구 장치 조작기에 결합된 왕복식 암형(female) 메커니즘 교환기 인터페이스를 도시한다.
도 5d는 도 5c의 암형 메커니즘 교환기 인터페이스(508)의 다른 도면을 도시한다.
도 6, 도 7, 도 8a 및 도 8b는 본 발명의 로봇 수술 시스템을 위한 모듈의 대안적인 실시예를 도시한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1의 로봇 시스템(100)과 함께 사용될 수 있는 로봇 카테터를 도시한다.
도 10a, 도 10b 및 도 10c는 본 발명의 일 실시예에 따른 가요성 내시경 장치의 쉬스의 구조를 도시한다.
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 일 실시예에 따른 가요성 내시경 장치의 구조를 도시한다.
도 12a, 도 12b, 도 12d, 도 12d, 도 12e, 도 12f, 도 12g, 도 12h, 도 12i, 도 12j, 및 도 12k는 본 발명의 일 실시예에 의해 도시되는 개선 및 이전의 가요 기구에서 나타난 근력 및 곡선 정렬 현상을 도시한다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른, 내강 내에 축방향으로 경질의 튜브를 갖는 가요성 내시경 장치의 구조를 도시한다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 가요성 내시경 장치의 내강 내의 나선형 패턴의 구조를 도시한다.
도 15a는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 카테터 시스템으로부터의 로봇 카테터를 도시한다.
도 15b는 도 15a의 로봇 카테터(1500)의 다른 도면을 도시한다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 카테터의 말단부를 도시한다.
도 17a 및 도 17b는 본 발명의 독립 구동 메커니즘을 도시한다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 장력 검출 장치를 갖는 가요성 내시경 장치의 쉬스의 구조를 도시하는 도 17a 및 도 17b의 독립 구동 메커니즘의 다른 도면을 도시한다.
도 19a는 도 17a, 도 17b 및 도 18의 독립 구동 메커니즘의 서로 다른 각도의 단면도이다.
도 19B는 본 발명의 일 실시예에 따른, 로봇 카테터와 결합하는 전술한 독립 구동 메커니즘의 단면도이다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 카테터로부터 풀 와이어를 구비 한 전술한 독립 구동 메커니즘의 다른 도면을 도시한다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따라 수평 힘이 힘에 수직 방향의 스트레인 게이지에 의해 측정되는 방식을 도시하는 개념도이다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 나선형 내강을 갖는 카테터 장치를 제조하는 방법의 흐름도이다.
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 가요성 내시경 장치를 제조하기 위한 특수화된 노즈 콘을 도시한다.
도 24는 본 발명의 일 실시예에 따른, 가요성 내시경 장치를 제조하기 위한 시스템을 도시한다.
도 25는 본 발명의 일 실시예에 따라 견인 내강이 장치의 원주 둘레에서 대칭적으로 배치되는 가요성 내시경 장치의 단면도를 도시한다.
도 26a는 본 발명의 일 실시예에 따라 견인 내강이 장치의 원주 둘레에서 대칭으로 배열되지 않은 가요성 내시경 장치의 단면도를 도시한다.
도 26b는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 26a의 가요성 내시경 장치의 등각도이다.
도 27은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 26a 및 도 26b의 가요성 내시경 장치를 제조하는 방법에 대한 흐름도이다.
도 28a 및 도 28b는 중심선 좌표, 직경 측정치 및 해부학적 공간 사이의 관계를 도시한다.
도 29는 본 발명의 일 실시예에 따른, 해부학적 공간을 나타내는 컴퓨터 생성 3차원 모델을 도시한다.
도 30은 본 발명의 일 실시예에 따른, 전자기장 발생기와 결합하는 전자기 추적기를 이용하는 로봇 카테터 시스템을 도시한다.
도 31은 본 발명의 일 실시예에 따른, 등록을 위한 단계들에 대한 흐름도이다.
도 32a는 본 발명의 일 실시예에 따른, 해부학적 내강 내의 로봇 카테터의 말단부를 도시한다.
도 32b는 본 발명의 일 실시예에 따른 해부학적 내강 내의 수술 부위에서 사용되는 도 32a의 로봇 카테터를 도시한다.
도 32c는 본 발명의 일 실시예에 따른 해부학적 내강 내의 수술 부위에서 사용되는 도 32b의 로봇 카테터를 도시한다.
도 33a는 본 발명의 일 실시예에 따른, 해부학적 내강 내의 말단 굴곡 부분에 결합된 로봇 카테터를 도시한다.
도 33b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 해부학적 내강 내의 수술 부위에서 사용되는 포셉 툴을 구비하는 도 33a의 로봇 카테터를 도시한다.
도 33c는 본 발명의 일 실시예에 따른, 해부학적 내강 내의 수술 부위에서 사용되는 레이저 장치를 구비하는 도 33a의 로봇 카테터를 도시한다.
도 34는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 수술 시스템에 대한 명령 콘솔을 도시한다.
도 35a 및 도 35b는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 카테터 시스템의 상이한 도면을 도시한다.
도 36은 본 발명의 실시예에 따라, 가상 레일의 각도가 크게 증가된 로봇 카테터 시스템의 등각도를 도시한다.
도 37a, 도 37b, 도 37c 및 도 37d는 본 발명의 일 실시예에 따른, 기계식 암의 사용이 카테터 버클링 및 낭비된 길이를 감소시키는 혈관 시술의 일련의 평면도이다.
도 38a 및 도 38b는 본 발명의 실시예에 따라 로봇 카테터가 경동맥에 삽입될 수 있는 혈관 수술을 도시한다.
도 39는 본 발명의 실시예에 따라 로봇 카테터가 상완 동맥 내로 삽입될 수 있는 혈관 수술을 도시한다.
도 40a 및 도 40b는 본 발명의 일 실시예에 따라 로봇 카테터가 요골 동맥 내로 삽입될 수 있는 혈관 수술을 도시한다.
도 41은 다수의 실시예에 따른, 로봇 수술 시스템의 암을 정렬하기 위한 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 42a는 다수의 실시예에 따라, 최대 3차원으로 병진 이동하는 로봇 수술 시스템의 정렬된 암의 개략도이다.
도 42b는 다수의 실시예에 따라 로봇 암의 장치 조작기 중 하나를 중심으로 회동하는 로봇 수술 시스템의 정렬된 암의 개략도를 도시한다.
도 42c는 다수의 실시예에 따라, 로봇 암의 2개의 장치 조작기 사이의 지점을 중심으로 회동하는 로봇 수술 시스템의 정렬된 암의 개략도이다.
도 42d는 다수의 실시예들에 따라, 로봇 암의 장치 조작기들 중 2개 너머의 일 지점을 중심으로 회동하는 로봇 수술 시스템의 정렬된 암들의 개략도이다.
도 43은 다수의 실시예에 따라, 로봇 수술 시스템의 로봇 암(들)을 조작하기 위한 방법을 도시하는 흐름도이다.
1 shows a robot endoscope system according to a number of embodiments.
Figure 2a illustrates a robotic surgery system in accordance with many embodiments.
Figure 2B is a plan view of the system of Figure 2A, in which an anesthesia cart is provided towards the head of a patient, in accordance with multiple embodiments.
Figure 2c shows the system of Figure 2a.
Figures 2d and 2e illustrate alternative arrangements of the arms 202 and 204 of the system of Figure 2a, showing the versatility of the robotic surgery system of Figure 2a, in accordance with multiple embodiments.
Figure 3a is a plan view of a system having multiple virtual rails, in accordance with multiple embodiments.
Figure 3B illustrates the use of the robotic surgery system of Figure 3A with additional robotic arms, associated tool bases, and tools in accordance with multiple embodiments.
Figures 4A and 4B show the modularization of embodiments of the present invention.
5A illustrates an embodiment of a mechanism exchanger interface coupled to a mechanical arm in a robotic system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5B shows another view of the male mechanism exchanger interface 502 of FIG. 5A.
Figure 5C illustrates a reciprocating female mechanism exchanger interface coupled to the instrument device manipulator for connection to the male mechanism exchanger interface 502 from Figures 3A and 3B.
Figure 5d shows another view of the female mechanism exchanger interface 508 of Figure 5c.
Figures 6, 7, 8A and 8B illustrate alternative embodiments of a module for a robotic surgical system of the present invention.
Figure 9 illustrates a robotic catheter that may be used with the robotic system 100 of Figure 1 in accordance with one embodiment of the present invention.
10A, 10B and 10C show the structure of a sheath of a flexible endoscope apparatus according to an embodiment of the present invention.
11A and 11B show the structure of a flexible endoscope apparatus according to an embodiment of the present invention.
12A, 12B, 12D, 12D, 12E, 12F, 12G, 12H, 12I, 12J, and 12K illustrate an embodiment of the present invention, And the curve alignment phenomenon shown in Fig.
Figure 13 shows the structure of a flexible endoscope device having axially rigid tubes in the lumen, according to an embodiment of the invention.
14 shows a structure of a spiral pattern in the lumen of the flexible endoscope apparatus according to an embodiment of the present invention.
15A illustrates a robotic catheter from a robotic catheter system in accordance with an embodiment of the present invention.
Figure 15B shows another view of the robotic catheter 1500 of Figure 15A.
Figure 16 shows a distal end of a robotic catheter according to an embodiment of the present invention.
17A and 17B show the independent drive mechanism of the present invention.
Fig. 18 shows another view of the independent drive mechanism of Figs. 17A and 17B showing the structure of the sheath of the flexible endoscope apparatus having the tension detecting device according to the embodiment of the present invention.
19A is a cross-sectional view at different angles of the independent drive mechanisms of Figs. 17A, 17B and 18. Fig.
Figure 19B is a cross-sectional view of the above described independent drive mechanism in combination with a robotic catheter, in accordance with an embodiment of the present invention.
Figure 20 shows another view of the above described independent drive mechanism with a pull wire from a robotic catheter in accordance with an embodiment of the present invention.
21 is a conceptual diagram showing a manner in which a horizontal force is measured by a strain gage in a vertical direction to a force according to an embodiment of the present invention.
Figure 22 is a flow diagram of a method of manufacturing a catheter device having a spiral lumen in accordance with one embodiment of the present invention.
23 shows a specialized nose cone for manufacturing a flexible endoscope device according to an embodiment of the present invention.
Figure 24 illustrates a system for manufacturing a flexible endoscope device, in accordance with an embodiment of the present invention.
Figure 25 shows a cross-sectional view of a flexible endoscope device in which traction lumens are symmetrically disposed about the circumference of the device in accordance with one embodiment of the present invention.
Figure 26A shows a cross-sectional view of a flexible endoscope device in which traction lumens are not arranged symmetrically about the circumference of the device in accordance with one embodiment of the present invention.
26B is an isometric view of the flexible endoscope apparatus of Fig. 26A according to an embodiment of the present invention.
27 is a flowchart of a method of manufacturing the flexible endoscope apparatus of Figs. 26A and 26B according to an embodiment of the present invention.
Figures 28A and 28B show the relationship between centerline coordinates, diameter measurements and anatomical space.
29 illustrates a computer generated three-dimensional model representing an anatomical space, in accordance with an embodiment of the present invention.
Figure 30 illustrates a robotic catheter system using an electromagnetic tracker in combination with an electromagnetic field generator, in accordance with an embodiment of the present invention.
Figure 31 is a flow diagram of steps for registration, in accordance with an embodiment of the present invention.
Figure 32A illustrates the distal end of a robotic catheter within an anatomical lumen, in accordance with an embodiment of the present invention.
Figure 32B illustrates the robotic catheter of Figure 32A used in a surgical site within an anatomical lumen according to an embodiment of the present invention.
Figure 32c illustrates the robotic catheter of Figure 32b used in a surgical site within an anatomical lumen according to one embodiment of the present invention.
Figure 33A illustrates a robotic catheter coupled to a distal bend in an anatomical lumen, in accordance with an embodiment of the present invention.
33B illustrates a robotic catheter of FIG. 33A with a forceps tool for use in a surgical site within an anatomical lumen, in accordance with an embodiment of the present invention.
33C illustrates a robotic catheter of FIG. 33A with a laser device used in a surgical site within an anatomical lumen, in accordance with an embodiment of the present invention.
Figure 34 illustrates a command console for a robotic surgery system in accordance with an embodiment of the present invention.
35A and 35B show different views of a robotic catheter system in accordance with an embodiment of the present invention.
Figure 36 illustrates an isometric view of a robotic catheter system with a greatly increased angle of virtual rail, in accordance with an embodiment of the present invention.
37A, 37B, 37C and 37D are a series of plan views of a catheter buckling and vascular procedure for reducing the wasted length, in accordance with an embodiment of the present invention.
38A and 38B illustrate vascular surgery in which a robotic catheter can be inserted into a carotid artery according to an embodiment of the present invention.
Figure 39 illustrates vessel surgery in which a robotic catheter may be inserted into the brachial artery in accordance with an embodiment of the present invention.
40A and 40B illustrate vascular surgery in which a robotic catheter can be inserted into a radial artery according to one embodiment of the present invention.
41 is a flow chart illustrating a method for aligning an arm of a robotic surgery system, in accordance with multiple embodiments.
42A is a schematic view of an aligned arm of a robotic surgery system translating up to three dimensions in accordance with multiple embodiments.
Figure 42B shows a schematic view of an aligned arm of a robotic surgery system that rotates about one of the device manipulators of the robotic arm in accordance with many embodiments.
Figure 42c is a schematic view of an aligned arm of a robotic surgery system that rotates about a point between two device manipulators of a robotic arm, according to many embodiments.
42D is a schematic diagram of the aligned arms of a robotic surgery system that rotates about a point beyond two of the device actuators of the robotic arm, in accordance with multiple embodiments.
43 is a flow chart illustrating a method for operating the robotic arm (s) of a robotic surgery system, in accordance with multiple embodiments.

비록 특정 바람직한 실시예 및 예시가 아래에 개시되어 있지만, 본 발명의 대상은 구체적으로 개시된 실시예를 넘어 다른 대안의 실시예 및/또는 용도, 및 그 수정 및 균등물로 확장된다. 따라서, 여기에 첨부된 청구항들의 범위는 이하에 기술된 임의의 특정 실시예들에 의해 제한되지 않는다. 예를 들어, 본 명세서에 개시된 임의의 방법 또는 프로세스에서, 상기 방법 또는 프로세스의 동작은 임의의 적절한 시퀀스로 수행될 수 있으며 반드시 특정 개시된 시퀀스에만 한정되는 것은 아니다. 다양한 동작들은 특정 실시예들을 이해하는데 도움이 될 수 있는 방식으로 차례로 다수의 이산 동작들로서 설명될 수 있다. 그러나 설명의 순서는 이러한 작동이 순서에 따라 다름을 의미하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 또한, 여기에 설명된 구조, 시스템 및/또는 장치는 통합된 구성 요소로서 또는 개별 구성 요소로서 구현될 수 있다.Although certain preferred embodiments and examples are disclosed below, the subject matter of the present invention extends beyond the specifically disclosed embodiments to other alternative embodiments and / or uses, and modifications and equivalents thereof. Accordingly, the scope of the claims appended hereto is not limited by any of the specific embodiments described below. For example, in any method or process disclosed herein, the operation of the method or process may be performed in any suitable sequence and is not necessarily limited to a specific disclosed sequence. The various operations can be described in turn as a number of discrete operations in a manner that can be helpful in understanding certain embodiments. However, the order of description should not be construed as implying that such an operation is order dependent. In addition, the structures, systems and / or apparatus described herein may be implemented as integrated components or as discrete components.

다양한 실시예들을 비교하기 위해, 이들 실시예들의 소정의 양상들 및 장점들이 설명된다. 반드시 그러한 모든 양상 또는 이점이 임의의 특정 실시예에 의해 달성되는 것은 아니다. 따라서, 예를 들어 본원에서 교시되거나 제안된 바와 같은 다른 양태 또는 이점을 반드시 달성하지 않고서 본원에서 교시된 바와 같은 장점들 또는 장점들의 그룹을 달성하거나 최적화하는 방식으로 다양한 실시예들이 수행될 수 있다.To compare various embodiments, certain aspects and advantages of these embodiments are described. Not all such aspects or advantages are necessarily achieved by any particular embodiment. Thus, for example, various embodiments may be practiced in a manner that accomplishes or optimizes a group of advantages or advantages as taught herein without necessarily achieving other aspects or advantages as taught or suggested herein.

개관.survey.

내강 외과용 로봇 시스템은 외과의가 인체 공학적 위치에 앉아서 로봇 내시경 툴를 부적절한 암 동작 및 위치의 필요없이 환자 내의 원하는 해부학적 위치로 제어하는 능력을 제공한다.The luminal surgical robotic system provides the surgeon with the ability to sit in an ergonomic position and control the robotic endoscope tool to the desired anatomical location within the patient without the need for undue arm movement and position.

로봇식 내시경 툴는 그의 길이를 따라 둘 이상의 지점을 다수의 자유도를 제공함으로써 용이하게 인체 내의 내강을 조종할 수 있는 능력을 갖는다. 이 툴의 제어점은 외과 의사가 인체 내부의 굴곡진 경로를 탐색할 때 훨씬 더 직관적인 장치 제어 기능을 제공한다. 이 툴의 팁은 롤 각도 360도에 대해 0도 내지 90도로 관절 조종할 수 있다.The robotic endoscope tool has the ability to easily manipulate the lumens in the body by providing more than two points along its length to a plurality of degrees of freedom. The tool's control points provide much more intuitive device control when the surgeon searches for curved paths inside the body. The tip of this tool can be manipulated from 0 to 90 degrees for 360 degrees of roll angle.

외과용 로봇 시스템은 외과적 센서 기반 및 내시경 기반 탐색 기술을 통합하여 내과의가 환자 내에서 원하는 해부학적 위치를 안내하도록 돕는다. 탐색 정보는 2차원 디스플레이 수단 또는 3차원 디스플레이 수단으로 전달될 수 있다.Surgical robotic systems incorporate surgical sensor-based and endoscopic-based navigation techniques to help physicians guide the desired anatomical location within the patient. The search information may be transmitted to the two-dimensional display means or the three-dimensional display means.

시스템 구성 요소.System components.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 내시경 시스템이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 로봇 시스템(100)은 암(102)과 같은 하나 이상의 기계식 암을 갖는 시스템 카트(101)를 포함할 수 있다. 시스템 카트(101)는 원격 위치된 명령 콘솔(미도시)과 통신할 수 있다. 실제로, 시스템 카트(101)는 환자에 대한 액세스를 제공하도록 구성될 수 있고, 의사는 명령 콘솔의 안락함으로부터 시스템(100)을 제어할 수 있다. 일부 실시예에서, 시스템(100)은 안정성 및 환자 접근을 위해 수술대 또는 베드에 결합될 수 있다.1 is a robot endoscope system according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the robotic system 100 may include a systematic cart 101 having one or more mechanical arms, such as arms 102. The system cart 101 may communicate with a remotely located command console (not shown). In practice, the system cart 101 may be configured to provide access to the patient, and the physician may control the system 100 from the comfort of the command console. In some embodiments, the system 100 may be coupled to a surgical table or bed for stability and patient access.

시스템(100) 내에서, 암(102)은 일부 실시예에서 제어 전자 장치, 전원 및 광학 소스를 포함하는 다양한 지지 시스템을 포함하는 시스템 카트(101)에 고정식으로 결합될 수 있다. 암(102)은 환자의 수술 영역에 접근할 수 있도록 다수의 링크(110) 및 조인트(111)로 형성될 수 있다. 시스템 카트(101)는 중앙 처리 장치, 데이터 버스, 제어 회로 및 메모리와 같은 구성 요소를 포함하는 전력원(112), 공압기(113), 및 제어 및 센서 전자 장치(114)를 포함할 수 있으며, 전력은 전기 배선, 기어 헤드, 공기 챔버와 같은 당업자에게 알려진 다양한 수단을 사용하여 시스템 카트(101)로부터 암(102)로 전달될 수 있다. 시스템 카트(101) 내의 전자 장치(114)는 또한 명령 콘솔로부터 전달된 제어 신호를 처리 및 전송할 수 있다.Within system 100, arm 102 may be fixedly coupled to system cart 101, which in various embodiments includes a variety of support systems including control electronics, power sources, and optical sources. The arm 102 may be formed of a plurality of links 110 and a joint 111 so as to be accessible to the surgical area of the patient. The system cart 101 may include a power source 112, a pneumatic device 113, and a control and sensor electronics 114, including components such as a central processing unit, a data bus, control circuitry and memory , Power can be transferred from the system cart 101 to the arm 102 using a variety of means known to those skilled in the art, such as electrical wiring, gearheads, air chambers. The electronic device 114 in the system cart 101 may also process and transmit the control signals transmitted from the command console.

시스템 카트는 휠(115)에 의해 도시된 바와 같이 이동 가능할 수도 있다. 일부 실시예에서, 시스템 카트는 환자 근처의 원하는 위치로 휠 수 있다. 공간 요구를 수용하고 환자에 대한 모듈 및 기구의 적절한 배치 및 이동을 용이하게 하기 위해 수술실의 다양한 위치에 시스템 카트(101)가 배치될 수 있다. 이 기능을 통해 암은 환자, 의사, 마취 의사 또는 선택한 수술에 필요한 보조 수술 장비를 방해하지 않는 위치에 배치할 수 있다. 수술가 진행되는 동안 장비가 있는 암은 햅틱 장치, 조이스틱 또는 사용자 정의 펜던트가 있는 명령 콘솔을 포함하는 별도의 제어 장치를 통해 사용자 제어를 통해 공동으로 작동한다.The system cart may be movable as shown by wheel 115. In some embodiments, the system cart can be moved to a desired location near the patient. The system cart 101 can be placed at various locations in the operating room to accommodate space requirements and to facilitate the proper placement and movement of modules and mechanisms for the patient. With this function, the cancer can be placed in a position that does not interfere with the patient, the doctor, the anesthesiologist, or the secondary surgical equipment required for the selected operation. During surgery, the arm with the instrument is jointly operated through user control through a separate control device including a haptic device, a joystick or a command console with a custom pendant.

기계식 암.Mechanical arm.

암(102)의 근위 단부는 카트(101)에 고정식으로 장착되거나 결합될 수 있다. 기계식 암(102)은 조인트(111)와 같은 암 당 하나 이상의 조인트에 의해 연결된 복수의 링키지(110)를 포함한다. 기계식 암(102) 조인트(111)는 하나 이상의 자유도로 이동하는데 영향을 주기 위해 하나 이상의 액추에이터를 포함할 수 있다. 암(102)은 전체적으로 3자유도 이상의 자유도를 갖는 것이 바람직하다. 와이어 및 회로의 조합을 통해, 각각의 암은 또한 시스템 카트(101)로부터 말단의 단부에 위치한 기기로 전력 및 제어 신호를 전달할 수 있다.The proximal end of the arm 102 may be fixedly attached to or coupled to the cart 101. The mechanical arm 102 includes a plurality of linkages 110 connected by one or more joints per arm, such as a joint 111. The mechanical arm 102 joint 111 may include one or more actuators to effect movement in one or more degrees of freedom. It is preferable that the arm 102 has a degree of freedom of at least three degrees of freedom as a whole. Through a combination of wires and circuitry, each arm can also deliver power and control signals from the system cart 101 to an instrument located at the distal end.

일부 실시예에서, 암은 환자와 함께 수술용 테이블에 고정식으로 결합될 수 있다. 일부 실시예에서, 암은 수술대의 베이스에 결합되어 환자에게 접근하기 위해 주위로 도달할 수 있다.In some embodiments, the cancer can be fixedly coupled to the surgical table with the patient. In some embodiments, the cancer is coupled to the base of the operating table and can be reached around to access the patient.

일부 실시예에서, 기계식 암은 로봇식으로 구동될 수 없다. 이들 실시예에서, 기계식 암은 브레이크의 위치 및 카운터-밸런스의 조합을 사용하여 암의 위치를 제 위치에 유지하는 연결 장치 및 조인트로 구성된다. 일부 실시예에서, 카운터-밸런스는 가스 스프링 또는 코일 스프링으로 구성될 수 있다. 페일 세이프 브레이크(fail safe brakes)와 같은 브레이크는 기계식 또는 전기 기계식 일 수 있다. 일부 실시예에서, 암은 중력 보조 수동 지지 암일 수 있다.In some embodiments, the mechanical arm can not be robustly driven. In these embodiments, the mechanical arm consists of a joint and a joint that maintains the position of the arm in position using a combination of the position of the brakes and the counter-balance. In some embodiments, the counter-balance may comprise a gas spring or a coil spring. Brakes such as fail safe brakes may be mechanical or electromechanical. In some embodiments, the arm may be a gravity assisted passive support arm.

바람직하게는, 각각의 암은 도면 번호 116과 같은 메커니즘 교환기 인터페이스(Mechanism Changer Interface, MCI)를 통해, 도면 번호 117과 같은 기구 장치 조작기(Instrument Device Manipulator, IDM)에 결합될 수 있다. 바람직한 실시예에서, MCI(116)는 공압식 전압, 전력, 전기 신호 및 광 신호를 암으로부터 IDM(117)으로 전달할 수 있다. 일부 실시예에서, MCI(116)는 고정 나사 또는 베이스 플레이트 연결과 같이 간단할 수 있다.Preferably, each arm may be coupled to an Instrument Device Manipulator (IDM), such as numeral 117, via a Mechanism Changer Interface (MCI), such as 116. In a preferred embodiment, the MCI 116 may transfer pneumatic voltage, power, electrical signals, and optical signals from the arm to the IDM 117. In some embodiments, the MCI 116 may be as simple as a fixed screw or base plate connection.

IDM(117)은 직접 구동, 하모닉 구동, 기어 구동, 벨트 및 풀리, 또는 자기 구동을 포함하는 외과용 기기를 조작하기 위한 다양한 수단을 가질 수 있다. 당업자는 다양한 방법들이 계기 장치상의 제어 액추에이터로 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.The IDM 117 may have various means for operating a surgical device, including direct drive, harmonic drive, gear drive, belt and pulley, or magnetic drive. Those skilled in the art will appreciate that a variety of methods can be used as control actuators on instrumentation.

일부 실시예에서, IDM은 제거 가능할 수 있다. 로봇 시스템 내에서, 도면 번호 116과 같은 MCI는 도면 번호 117과 같은 다양한 수술-특화 IDM과 상호 교환 가능할 수 있다. 이 실시예에서, IDM의 상호 교환 가능성은 로봇 시스템(100)이 상이한 수술을 수행하는 것을 허용한다.In some embodiments, the IDM may be removable. Within the robotic system, the MCI, such as 116, may be interchangeable with various surgical-specific IDMs, such as 117. In this embodiment, the interchangeability of the IDM allows the robot system 100 to perform different surgeries.

바람직한 실시예는 쿠카 아게(Kuka AG)의 LBR5와 같은 말단부에 손목을 갖는 조인트 레벨 토크 감지를 갖는 로봇 암을 사용할 수 있다. 이들 실시예는 환자, 다른 로봇 암, 수술대, 의료기관 또는 수술장 주변의 장비와 잠재적인 암 충돌을 피하기 위해 제공되는 여분의 관절을 갖는 7개의 관절을 갖는 로봇 암을 가지며, 손목을 동일한 자세로 유지하면서 진행중인 수술을 방해하지 않아야 한다. 당업자는 3자유도 이상, 보다 바람직하게는 6자유도를 갖는 로봇 암이 본 명세서에 설명된 발명 개념 내에 속할 것이며, 복수의 암이 추가 모듈을 구비할 수 있다는 것을 이해할 것이고, 여기서 각각의 암은 카트, 다수의 카트 또는 외과용 침대 또는 테이블 상에 공통으로 또는 개별적으로 장착될 수 있다.A preferred embodiment can use a robotic arm with joint-level torque sensing at the distal end, such as the LBR5 from Kuka AG. These embodiments have a robotic arm with seven joints with extra joints provided to avoid potential cancer collision with the patient, other robotic arms, surgical tables, medical institutions or equipment around the surgical field, maintaining the wrist in the same posture Do not interfere with ongoing surgery. Those skilled in the art will appreciate that a robotic arm having three degrees of freedom, more preferably six degrees of freedom, will fall within the inventive concept described herein, and that a plurality of arms may have additional modules, , Common or individually mounted on a plurality of carts or surgical beds or tables.

가상 레일 구성.Virtual rail configuration.

시스템(100)의 암(102)은 다양한 수술에서 사용하기 위해 다양한 자세로 배열될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 로봇 암을 갖는 다른 로봇 시스템과 조합하여, 시스템(100)의 암(102)은 내시경 툴(118)의 삽입 및 조작을 용이하게 하는 "가상 레일"을 형성하도록 원위 장착 IDM을 정렬하도록 배치될 수 있다. 다른 수술의 경우, 암은 다르게 배열될 수 있다. 따라서, 시스템(100)에서의 암의 사용은 설계가 특정 의료 수술와 직접 관련되는 로봇 시스템에서 발견되지 않는 가요성을 제공한다. 시스템(100)의 암은 잠재적으로 훨씬 더 큰 스트로크 및 적재를 제공한다. 다수의 암이 외과용 베드/테이블 플랫폼에 결합되는 다른 실시예에서, 다수의 가상 레일 장치가 다양한 상이한 수술을 위해 구성될 수 있다.The arms 102 of the system 100 may be arranged in various postures for use in various surgeries. For example, in combination with another robotic system having one or more robotic arms, the arm 102 of the system 100 may be configured to be a distal mounted IDM (not shown) to form a "virtual rail" As shown in FIG. For other surgeries, the cancer can be arranged differently. Thus, the use of the arm in system 100 provides flexibility in which the design is not found in a robotic system that is directly related to a particular medical operation. The arms of the system 100 provide potentially much larger strokes and loads. In other embodiments in which a plurality of arms are coupled to the surgical bed / table platform, a plurality of virtual rail devices may be configured for a variety of different operations.

도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 수술 시스템(200)을 도시한다. 시스템(200)은 내시경 툴 베이스(206, 208)를 각각 보유하는 제1 암(202) 및 제2 암(204)을 집합적으로 포함하는 2개의 시스템 카트를 포함한다. 툴 베이스(206)는 작동 가능하게 연결된 제어 가능한 내시경 쉬스(210)를 갖는다. 툴 베이스(208)는 작동식으로 연결된 가요성 내시경 리더(212)를 갖는다. 일부 실시예에서, 툴 베이스는 전술한 바와 같이 IDM 및/또는 MCI를 통해 암(202, 204)에 결합될 수 있다.FIG. 2A illustrates a robot surgical system 200 in accordance with one embodiment of the present invention. The system 200 includes two system carts that collectively include a first arm 202 and a second arm 204, each having an endoscope tool base 206, 208. The tool base 206 has an operably connected controllable endoscope sheath 210. The tool base 208 has a flexible endoscope reader 212 operatively connected thereto. In some embodiments, the tool base may be coupled to the arms 202, 204 via the IDM and / or MCI as described above.

암(202, 204)은 툴 베이스(206, 208)를 정렬하여 쉬스(210)의 근위 단부(216)가 리더(212)의 근위 단부(222)의 말단이고, 따라서 리더(212)는 대략 180도의 각도로 쉬스(210) 및 리더(212)를 포함하는 레일이 대략 직선 또는 180도인 "가상 레일(virtual rail)"을 생성한다. 후술하는 바와 같이, 가상 레일은 90도 내지 180도의 각도를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 리더(212)가 슬라이딩 방식으로 배치된 쉬스(210)는 예를 들어 환자(211)의 입, 궁극적으로는 환자의 기관지 시스템 내의 기관 튜브(미도시)를 통해 로봇식으로 삽입되고, 삽입 및 탐색 중에 지속적으로 가상 레일을 유지한다. 암은 (도 2b의) 제어 콘솔(203)에서 의사(미도시)의 제어하에 환자(211)에게, 또는 환자(211)로부터, 또는 서로에 대해 쉬스(210) 및 내시경(212)을 축방향으로 이동시킬 수 있다. 다른 실시예에서, 슬라이딩 방식으로 배치된 리더(212)를 갖는 쉬스(210)는 환자의 요도를 통해 그리고 궁극적으로 환자의 요로에 로봇식으로 삽입될 수 있다.The arms 202 and 204 align the tool bases 206 and 208 so that the proximal end 216 of the sheath 210 is the distal end of the proximal end 222 of the leader 212, The rail including the sheath 210 and the leader 212 at an angle of view produces a "virtual rail" that is approximately a straight line or 180 degrees. As will be described later, the virtual rail may have an angle of 90 to 180 degrees. In one embodiment, the sheath 210, in which the leader 212 is disposed in a sliding manner, is inserted, for example, in a robotic manner through the mouth of the patient 211, and ultimately through an organ tube (not shown) in the patient's bronchial system And maintains the virtual rail constantly during insertion and retrieval. The arm may be configured to move the sheath 210 and the endoscope 212 axially (not shown) from the patient 211 to the patient 211 under control of a physician (not shown) . In another embodiment, the sheath 210 having a slidingly disposed leader 212 can be inserted through the urethra of the patient and ultimately into the patient's urinary tract.

탐색은 예를 들어, 리더(212)와 함께 쉬스(210)를 환자(211)로 진입시킴으로써 달성되고, 그 후 리더(212)는 쉬스의 말단부(213)를 넘어서 전진될 수 있고, 그러면 쉬스(210)는 원하는 목표 위치에 도달할 때까지 의사는 리더(212)의 작동 채널을 통해 가이드 와이어를 사용하는 것을 비롯한 다른 방식의 탐색이 사용될 수 있다. 의사는 탐색을 보조하고 의료 수술을 수행하기 위해 예를 들어, 형광 투시법, 비디오, CT 등과 같은 임의의 수의 시각적 가이드 양식 또는 이들의 조합을 사용할 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 원위 카메라 및 렌즈와 같은 촬상 수단은 리더(212)의 말단부에 장착될 수 있다. 리더(212)의 원위 단부(220)는 그 다음에 수술 부위로 탐색되고, 툴은 리더(212) 내의 길이 방향으로 정렬된 작동 통로를 통해 전개되어 원하는 수술을 수행한다. 가상 레일은 탐색 수술 및 임의의 후속 동작 수술 동안 유지될 수 있다. 숙련된 당업자가 알 수 있는 바와 같이, 툴을 필요로 하거나 툴을 필요로 하지 않는 임의의 수의 대체 수술은 쉬스를 통해 슬라이딩 하는 가요성 내시경을 사용하여 수행될 수 있다.The search may be accomplished, for example, by entering the sheath 210 with the reader 212 into the patient 211, after which the leader 212 may be advanced beyond the distal end 213 of the sheath, 210 may be used by the physician to use the guide wire through the actuation channel of the reader 212 until the desired target position is reached. The physician may use any number of visual guide forms or combinations thereof, such as, for example, fluoroscopy, video, CT, etc., to aid in the navigation and to perform medical surgeries. Also, in some embodiments, an imaging means, such as a distal camera and a lens, may be mounted at the distal end of the reader 212. The distal end 220 of the leader 212 is then searched for the surgical site and the tool is deployed through longitudinally aligned operating passages in the reader 212 to perform the desired surgery. The virtual rail can be maintained during the navigation procedure and any subsequent operation. As will be appreciated by those skilled in the art, any number of alternative surgeries that do not require a tool or need a tool can be performed using a flexible endoscope that slides through the sheath.

도 2b는 마취 카트(201)가 환자의 머리쪽으로 제공되는 시스템(200)의 평면도이다. 또한, 사용자 인터페이스를 갖는 제어 콘솔(203)은 쉬스(210), 내시경 리더(212) 및 관련 암(202 및 204) 및 툴 베이스(206 및 208)(도 2A 참조)를 제어하기 위해 제공된다.2B is a plan view of the system 200 in which the anesthesia cart 201 is provided toward the head of the patient. A control console 203 having a user interface is also provided for controlling the sheath 210, the endoscope reader 212 and the associated arms 202 and 204 and the tool bases 206 and 208 (see FIG. 2A).

도 2c는 도 2a의 시스템(200)의 사시도이다. 연관된 쉬스(210) 및 리더(212)를 갖는 툴 모듈(206 및 208)은 암(202 및 204)에 부착되고 가상 레일에 180도로 배열된다. 암은 단 하나의 카트에 전시되어 있어 소형화와 이동성이 향상된다. 툴 베이스(206, 208)는 각각의 말단부를 조종하기 위해 쉬스(210) 및 리더(212)의 텐던을 인장시키기 위한 풀리 시스템 또는 다른 작동 시스템을 갖는다. 툴 베이스(206 및 208)는 공기압, 전기, (예를 들어, 비전을 위한) 데이터 통신, 기계식 작동(예를 들어, 모터 구동되는 축) 등과 같은 쉬스 및 내시경을 위한 다른 바람직한 유틸리티를 제공할 수 있다. 이러한 유틸리티는 암을 통해 툴 베이스, 별도의 소스 또는 두 가지의 조합으로 제공될 수 있다.FIG. 2C is a perspective view of the system 200 of FIG. 2A. The tool modules 206 and 208 with associated sheath 210 and leader 212 are attached to arms 202 and 204 and are arranged 180 degrees on the virtual rail. The arm is displayed in a single cart, which leads to improved miniaturization and mobility. The tool bases 206 and 208 have a pulley system or other operating system for tensioning the sheath 210 and the tails of the leader 212 to steer the respective ends. The tool bases 206 and 208 may provide other desirable utilities for sheath and endoscopes such as pneumatic, electrical, data communication (e.g., for vision), mechanical operation (e.g., motor driven axes) have. These utilities can be provided via a toolbase, a separate source, or a combination of the two.

도 2d 및 도 2e는 본 발명의 실시예에 따른 로봇 수술 시스템의 다양성을 보여주는 암(202, 204)의 다른 배열을 도시한다. 도 2D에 도시된 바와 같이, 암(202 및 204)은 180도 가상 레일을 유지하면서 수평으로부터 75도에서 환자(211)의 입으로 들어가도록 기구(쉬스(210) 및 리더(212)를 포함)를 위치시키도록 연장될 수 있다. 이는 방안의 공간 요구 사항을 수용해야 하는 경우 수술 중에 수행할 수 있다. 75도 각도는 제한적인 것이 아니라 설명을 목적으로 선택된다.Figures 2d and 2e show other arrangements of arms 202 and 204 showing the versatility of a robotic surgical system according to an embodiment of the present invention. (Including sheath 210 and leader 212) to enter the mouth of patient 211 at 75 degrees from horizontal while maintaining a 180 degree virtual rail, as shown in Figure 2D. As shown in FIG. This can be done during surgery if space requirements of the room need to be accommodated. Angles of 75 degrees are chosen for illustrative purposes rather than limiting.

도 2e는 본 발명의 일 실시예에 따라 툴 베이스(206 및 208)가 90도 각도의 가상 레일을 생성하도록 정렬되는 암(202 및 204)의 대안적인 배열을 도시한다. 이 실시예에서, 기구(쉬스(210) 및 리더(212)를 포함함)는 수평으로부터 75도에서 환자(213)의 입으로 들어간다. 툴 베이스(206 및 208)는 환자(213)의 입으로 들어가기 전에 툴 베이스(206)를 90도만큼 굽히도록 정렬된다. 리더(212)의 절곡을 용이하게 하기 위해, 튜브와 같은 강성 또는 반강성의 환자 인터페이스는 쉬스(210) 내의 리더(212)의 원활한 신장 및 수축을 보장하는데 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 추가적인 기계식 또는 로봇 암은 환자 인터페이스를 환자에 대해 고정된 위치에 유지하는데 사용될 수 있다.2E illustrates an alternative arrangement of arms 202 and 204 in which tool bases 206 and 208 are aligned to produce a virtual rail at a 90 degree angle, according to one embodiment of the present invention. In this embodiment, the instrument (including the sheath 210 and the reader 212) enters the mouth of the patient 213 at 75 degrees from horizontal. The tool bases 206 and 208 are aligned to bend the tool base 206 by 90 degrees before entering the mouth of the patient 213. A rigid or semi-rigid patient interface, such as a tube, may be used to ensure smooth extension and contraction of the leader 212 within the sheath 210, to facilitate bending of the leader 212. In some embodiments, additional mechanical or robotic arms may be used to maintain the patient interface in a fixed position relative to the patient.

쉬스(210) 내의 리더(212)의 연장 및 후퇴는 툴 베이스(208)를 툴 베이스(206)로부터 리더(212)에 의해 추적된 선형 경로를 따라 더 가깝게 또는 더 멀리 이동시킴으로써 제어될 수 있다. 쉬스(210)의 연장 및 수축은 툴 베이스(210)를 연장 또는 수축시키면서 리더(212)의 의도하지 않은 연장 또는 후퇴를 피하기 위해, 툴 베이스(208)는 또한 쉬스(210)에 평행한 선형 경로를 따라 이동될 수 있다.The extension and retraction of the leader 212 within the sheath 210 can be controlled by moving the tool base 208 closer or further along the linear path tracked by the leader 212 from the tool base 206. [ The elongation and contraction of the sheath 210 causes the tool base 208 to also move in a linear path parallel to the sheath 210 to avoid unintentional extension or retraction of the leader 212 while extending or retracting the tool base 210. [ As shown in FIG.

가상 레일은 강성 기구 및 가요성 기구 모두를 구동하는데 유용하며, 특히 텔레스코핑을 요하는 경우 유용하다. 가상 레일의 사용은 단일 레일에 국한되지 않고 하나 이상의 수술 수행시 개개의 가상 레일을 유지하기 위해 무기가 함께 작동하는 다중 가상 레일로 구성될 수 있다.The virtual rail is useful for driving both rigid and flexible mechanisms, especially when telescoping is required. The use of virtual rails is not limited to a single rail and may consist of multiple virtual rails in which the arms work together to maintain individual virtual rails during one or more surgical operations.

도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 다수의 가상 레일을 갖는 시스템의 평면도이다. 도 3a에서, 로봇 암(302, 304, 306)은 툴 베이스(308, 310, 312)를 각각 지지한다. 툴 베이스(308, 310)는 가요성의 툴(314) 및 툴(316)에 작동 가능하게 결합될 수 있다. 툴(314) 및 툴(316)은 원격 로봇-제어식 가요성 내시경 기구일 수 있다. 툴 베이스(312)는 이중 내강 쉬스(318)에 작동 가능하게 결합될 수 있으며, 각각의 내강은 툴(314, 316)을 수용한다. 암(302, 304)은 각각 로봇 암(306)과 함께 가상 레일을 유지할 수 있고, 3개의 암 모두의 이동은 가상 레일 및 이동 툴(314, 316) 및 쉬스(318)를 서로 및 환자에 대해 이동시킨다.3A is a top view of a system having multiple virtual rails in accordance with one embodiment of the present invention. 3A, the robot arms 302, 304, and 306 support the tool bases 308, 310, and 312, respectively. The tool bases 308 and 310 may be operatively coupled to the flexible tool 314 and the tool 316. The tool 314 and the tool 316 may be a remote robot-controlled flexible endoscope instrument. The tool base 312 may be operably coupled to the dual lumen sheath 318, and each lumen receives the tools 314, 316. The arms 302 and 304 can each hold a virtual rail with the robot arm 306 and the movement of both arms can move the virtual rail and moving tools 314 and 316 and the sheath 318 to each other and to the patient .

도 3b는 도 3a의 로봇 수술 시스템의 사용을 도시한다. 추가의 로봇 암(320) 및 관련 툴 베이스(322) 및 툴(324)을 갖는 도 3A에 도시되어 있다. 이 실시예에서, 쉬스(325)는 3개의 내강을 가질 수 있다. 선택적으로, 피복(325)은 툴(314, 316, 324)에 대한 접근을 제공하기 위해 하나 이상의 쉬스을 포함할 수 있다. 이해되는 바와 같이, 관련 모듈 및 기구로 암의 수를 증가 또는 감소시키는 능력은 많은 수의 및 수술 가요성 구성은 비용이 많이 드는 무기를 재사용할 수 있고 상대적으로 저렴한 여러 개의 모듈을 사용하여 비용을 줄이고 뛰어난 융통성을 얻을 수 있다.Figure 3b illustrates the use of the robotic surgery system of Figure 3a. Is shown in Figure 3A with a further robot arm 320 and associated tool base 322 and tool 324. In this embodiment, the sheath 325 may have three lumens. Optionally, sheath 325 may include one or more sheaths to provide access to tools 314, 316, As will be appreciated, the ability to increase or decrease the number of cancers with related modules and apparatuses allows for a large number of surgical and operative configurations to reuse costly weapons and use relatively inexpensive modules to reduce costs And excellent flexibility can be obtained.

가상 레일을 생성하기 위해, 복수의 암 및/또는 플랫폼이 이용될 수 있다. 각각의 플랫폼/암은 비전, 레이저, 기계, 자기 또는 단단한 부착을 포함하는 복수의 양식에 의해 달성될 수 있는 다른 것들에 등록되어야 한다. 일 실시예에서, 등록은 기계식 등록을 사용하는 단일 베이스를 갖는 멀티-암 장치에 의해 달성될 수 있다. 기계식 등록에서, 실시예는 단일 베이스에 대한 그들의 위치, 방향 및 배치에 기초하여 암/플랫폼 배치, 위치 및 방향을 등록할 수 있다. 다른 실시예에서, 등록은 개별적인 베이스 등록 및 다수의 로봇 암들 사이의 "손 떨림"을 이용하는 다중베이스를 갖는 시스템에 의해 달성될 수 있다. 다수의 베이스를 갖는 실시예에서, 등록은 상이한 베이스로부터 암을 함께 접촉하고 (i) 물리적 접촉 및 (ii) 이들 베이스의 상대 위치에 기초하여 위치, 방향 및 배치를 계산함으로써 달성될 수 있다. 일부 실시예에서, 등록 타겟은 서로에 대한 암들의 위치 및 방향을 정합시키기 위해 사용될 수 있다. 이러한 등록을 통해, 암 및 기구 구동 메커니즘은 서로 상대적으로 공간에서 계산될 수 있다. 숙련된 기술자는 로봇 플랫폼을 등록하기 위해 많은 다른 방법을 사용할 수 있을 것이다.To create the virtual rail, a plurality of arms and / or platforms may be used. Each platform / arm must be registered with others that can be achieved by multiple forms, including vision, laser, mechanical, magnetic, or rigid attachment. In one embodiment, registration may be accomplished by a multi-arm device having a single base using mechanical registration. In a mechanical registration, embodiments may register arm / platform placement, position and orientation based on their position, orientation and placement with respect to a single base. In another embodiment, the registration can be accomplished by a system having multiple basses using separate base registration and "hand trembling " between multiple robotic arms. In embodiments with multiple bids, registration can be accomplished by contacting the arms together from different bases and calculating the position, orientation and placement based on (i) the physical contact and (ii) the relative position of these bases. In some embodiments, the registration target can be used to match the position and orientation of the arms relative to each other. Through this registration, the arm and mechanism drive mechanisms can be calculated in space relative to each other. A skilled technician may use many different methods to register the robot platform.

시스템 모듈화 및 유연성.System modularity and flexibility.

다시 도 1을 참조하면, 로봇 외과 시스템(100)은 IDM(117) 및 툴(118)(엔드 이펙터로도 알려짐)을 변경함으로써 복수의 외과 시스템 구성을 제공하는 방식으로 구성될 수 있다. 상기 시스템은 수술실의 상이한 위치에 또는 편리한 가까운 위치에 위치한 하나 이상의 이동 로봇 플랫폼을 포함할 수 있다. 각 플랫폼은 플랫폼에 결합된 로봇 암을 위한 전력, 공압, 조명 소스, 데이터 통신 케이블 및 제어 전자 장치의 일부 또는 전부를 제공할 수 있으며, 모듈은 이러한 유틸리티로부터도 끌어낼 수 있다. 시스템(100)은 대안적으로 하나 이상의 이동 카트(101) 상에 장착된 다수의 암(102)을 가질 수 있거나, 암은 복수의 수술 구성을 제공하기 위해 바닥에 장착될 수 있다.Referring again to Figure 1, the robotic surgical system 100 may be configured in a manner that provides a plurality of surgical system configurations by altering the IDM 117 and tool 118 (also known as end effectors). The system may include one or more mobile robot platforms located at different locations in the operating room or conveniently located nearby. Each platform may provide some or all of the power, pneumatics, lighting sources, data communication cables, and control electronics for the robot arm coupled to the platform, and the module may also be derived from such utilities. The system 100 may alternatively have a plurality of arms 102 mounted on one or more moving carts 101 or the arms may be mounted on the floor to provide a plurality of surgical configurations.

다수의 암 및 플랫폼 이외에도, 본 발명의 특정 실시예는 다수의 모듈 또는 엔드 이펙터 메커니즘 사이를 용이하게 교환하도록 설계된다. 수술 내의 다양한 수술 또는 단계는 상이한 크기의 쉬스 및 내시경 조합 사이에서 교환하는 것과 같이, 상이한 모듈 및 관련기구 세트의 사용을 필요로 할 수 있다. 상호 교환성으로 인해 시스템은 다른 임상 수술 또는 외과적 접근법에 대한 조정을 위해 재구성할 수 있다.In addition to multiple arms and platforms, certain embodiments of the present invention are designed to facilitate interchange between multiple modules or end effector mechanisms. Various operations or steps within an operation may require the use of different modules and associated instrument sets, such as exchanging between different sizes of sheath and endoscope combinations. Due to the interchangeability, the system can be reconfigured for coordination with other clinical surgical or surgical approaches.

도 4a는 상호 교환 가능한 모듈 및 기구와 호환 가능한 실시예를 도시한다. 이전에 도시되고 설명된 것과 같은 외과 시스템(400)은 툴 또는 기구(403)를 갖는 IDM 또는 모듈(402)이 부착되는 하나 이상의 로봇 암(401)을 갖는다. 모듈(402', 402") 및 관련 기구(403', 403")는 로봇 암(401) 상에 교환되거나 또는 다른 로봇 암(미도시)에 의해 픽업되어 다른 모듈과 협력하여 단독으로 사용될 수 있다. 각 모듈은 지정된 수술을 위해 다양한 유형의 기기를 구동하는 데 사용되는 전용 전기 기계 시스템이다. 계측기를 구동하기 위해 각 IDM 또는 모듈은 모터를 포함할 수 있는 독립 구동 시스템을 포함할 수 있다. 이들은 캘리브레이션 및 애플리케이션 관련 정보를 기록하는 센서(예 : RFID) 또는 메모리 칩을 포함할 수 있다. 새로운 메커니즘이 로봇 암에 연결되면 시스템 캘리브레이션 검사가 필요할 수 있다. 일부 실시예에서, 모듈은 연관된 쉬스, 카테터 리더 또는 가요성 내시경을 제어할 수 있다.Figure 4A illustrates an embodiment compatible with interchangeable modules and mechanisms. The surgical system 400 as shown and described previously has one or more robotic arms 401 to which an IDM or module 402 with a tool or instrument 403 is attached. The modules 402 ', 402 "and associated instruments 403', 403" may be swapped on the robot arm 401 or picked up by another robotic arm (not shown) . Each module is a dedicated electromechanical system used to drive various types of equipment for a given operation. To drive the instrument, each IDM or module may include an independent drive system that may include a motor. These may include sensors (e.g., RFID) or memory chips that record calibration and application related information. If a new mechanism is connected to the robot arm, a system calibration check may be required. In some embodiments, the module may control an associated sheath, catheter reader, or flexible endoscope.

도 4a에 도시된 바와 같이, 시스템(400)은 글로벌 등록 및 센서의 사용을 통해 그 자체로 IDM(402' 및 402")에 대한 IDM(402)을 교환할 수 있다. 일부 실시예에서, IDM(402" 및 403")은 식별 및 근접 센서로 구성된 소정의 "도킹 스테이션"에서 시스템 카트(404) 상에 저장된다. 이러한 스테이션의 센서는 RFID, 광학 스캐너(예를 들면, 바코드), EEPROM 및 물리적 근접 센서와 같은 기술을 사용하여 어떤 IDM이 도킹 스테이션에 "도킹(docked)"되어 있는지 식별하고 등록할 수 있다. 로봇 암(401) 및 IDM 도킹 스테이션이 시스템 카트(404) 상에 있기 때문에, 식별 및 근접 센서는 도킹 스테이션에 놓여있는 IDM이 로봇 암(들)에 대해 등록되도록 한다. 유사하게, 단일 시스템 카트 상에 다수의 암을 구비하는 실시예에서, 다수의 암은 전술한 등록 시스템과 센서의 조합을 사용하여 도킹 스테이션상의 IDM에 액세스할 수 있다.4A, the system 400 may exchange the IDM 402 for the IDMs 402 'and 402 "by themselves through the use of global registration and sensors. In some embodiments, The sensors 402 "and 403" are stored on the system cart 404 at a predetermined "docking station" comprised of identification and proximity sensors. The sensors of such stations may be RFID, optical scanners (eg, bar codes), EEPROMs A technique such as a physical proximity sensor may be used to identify and register which IDM is "docked " to the docking station. Because the robot arm 401 and the IDM docking station are on the system cart 404, The identification and proximity sensor allows the IDM placed on the docking station to be registered for the robot arm (s). Similarly, in embodiments having multiple arms on a single system cart, Using a combination of sensors, You can access the IDM on the calibration.

도 4b는 모듈(402)을 로봇 암(401)에 교환하고 부착하는데 사용될 수 있는 교환 메커니즘(404, 405)에 대한 2개의 상이한 도면이다. 교환 메커니즘(404, 405)은 도 4a의 모듈(402)과 같은 모듈과, 도 4a의 로봇 암(401)과 같은 로봇 암 간의 연결을 제공한다. 일부 실시예에서, 메커니즘(404)은 로봇 암의 인터페이스일 수 있는, 메커니즘(405)에 대한 연결을 위한 기구 구동 메커니즘과 같은 모듈상의 인터페이스일 수 있다. 메커니즘(404)은 메커니즘(405)의 링(408) 내로 플랜지(407)를 연결하기 위한 메커니즘 인터페이스(411)를 구비할 수 있다. 유사하게는, 인터페이스는 전송 전력(409), 광섬유, 데이터 연결, 공압식 연결(410, 411), 풀리 시스템을 구동하기 위한 모터를 제공하여 쉬스 및 가요성 내시경과 같은 툴을 제어한다. 쉬스 및 가요성 내시경 실시예에 대해 설명된 바와 같이, 쉬스 및 가요성 내시경은 교환 메커니즘에 작동 가능하게 연결될 수 있다.4B is two different views of the exchange mechanism 404, 405 that may be used to exchange and attach the module 402 to the robotic arm 401. FIG. The exchange mechanisms 404 and 405 provide a connection between a module such as the module 402 of Figure 4A and a robotic arm such as the robotic arm 401 of Figure 4a. In some embodiments, the mechanism 404 may be an interface on the module, such as a mechanism driving mechanism for connection to the mechanism 405, which may be the interface of the robotic arm. The mechanism 404 may include a mechanism interface 411 for connecting the flange 407 into the ring 408 of the mechanism 405. Similarly, the interface controls the tool, such as the sheath and flexible endoscope, by providing transmit power 409, fiber optics, data connections, pneumatic connections 410, 411, motors to drive the pulley system. Sheath and Flexible Endoscope As described for the embodiment, the sheath and flexible endoscope can be operably connected to the exchange mechanism.

도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 시스템에서 메커니즘 교환기 인터페이스를 도시한다. 도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따라, 로봇 시스템에서 로봇 암에 결합된 메커니즘 교환기 인터페이스의 구현을 구체적으로 도시한다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 로봇 암(500)의 말단부는 "수형(male)" 메커니즘 교환기 인터페이스(502)에 연결된 관절 조인트(501)를 포함한다. 관절 조인트(501)는 기구 장치 메커니즘(미도시)을 조작하는 것과 관련하여 추가적인 자유도를 제공한다. 수형 메커니즘 교환기 인터페이스(502)는 IDM(도시되지 않음)상의 암형의 상호 수용 커넥터 인터페이스(reciprocal female receptacle connector interface)에 강하고 물리적인 연결을 제공하는 수형 커넥터 인터페이스(503)를 제공한다. 수형 커넥터 인터페이스(503)상의 구형 오목부는 IDM상의 암 콘센트 인터페이스상의 상호 오목부에 물리적으로 커플링된다. 구형 오목부는 공기압이 로봇 암(500)을 따라 수형 메커니즘 교환기 인터페이스(502)로 전달될 때 연장될 수 있다. 수형 메커니즘 교환기 인터페이스(502)는 또한 IDM에 공기압을 전달하기 위한 연결부(504)를 제공한다. 또한, 메커니즘 교환기 인터페이스의 이 실시예는 수형 메커니즘 교환기 인터페이스(502) 및 그 암형의 상호 인터페이스가 적절히 정렬되도록 보장하는 정렬 센서(505)를 제공한다.5A-5D illustrate a mechanism exchanger interface in a robotic system in accordance with an embodiment of the present invention. 5A specifically illustrates an implementation of a mechanism exchange interface coupled to a robotic arm in a robotic system, in accordance with one embodiment of the present invention. 5A, the distal end of the robotic arm 500 includes a joint joint 501 connected to a "male" mechanism exchange interface 502. As shown in FIG. The joint joint 501 provides an additional degree of freedom with regard to operating the mechanism mechanism (not shown). The male mechanism exchanger interface 502 provides a male connector interface 503 that provides a strong, physical connection to a female reciprocal receptacle connector interface on the IDM (not shown). The spherical recesses on the male connector interface 503 are physically coupled to the mutual recesses on the female receptacle interface on the IDM. The spherical recesses may be extended when the air pressure is transmitted to the male mechanism exchanger interface 502 along the robot arm 500. The male mechanism exchanger interface 502 also provides a connection 504 for communicating air pressure to the IDM. This embodiment of the mechanism exchanger interface also provides an alignment sensor 505 that ensures that the male mechanism exchanger interface 502 and its female interconnections are properly aligned.

도 5b는 로봇 암(500)으로부터 분리된 수형 기구 교환기 인터페이스(502)의 다른 도면을 도시한다. 도 5a에 대해 설명한 바와 같이, 수형 메커니즘 교환기 인터페이스(502)는 플랜지식 수형 커넥터 인터페이스(503), 공압 커넥터(504) 및 정렬 센서(505)를 제공한다. 또한, 전기 인터페이스(506)는 IDM(미도시)상의 상호 인터페이스에 전기 신호를 연결한다.FIG. 5B shows another view of the male instrument interface interface 502 separated from the robot arm 500. FIG. 5A, the male mechanism exchanger interface 502 provides a planar male connector interface 503, a pneumatic connector 504, and an alignment sensor 505. As shown in FIG. The electrical interface 506 also couples electrical signals to the mutual interface on the IDM (not shown).

도 5c는 도 5a 및 도 5b로부터의 수형 메커니즘 교환기 인터페이스(502)와 연결하기 위해 기구 장치 조작기에 결합된 암형의 상호 메커니즘 교환기 인터페이스를 도시한다. 도 5c에 도시된 바와 같이, 기구 장치 조작기(507)는 로봇 암(500) 상의 수형기구 교환기 인터페이스(502)에 연결되도록 구성된 암기구 교환기 인터페이스(508)에 연결된다. 암 기구 스위치 교환기 인터페이스(508)는 플랜지(509)는 수컷 커넥터 인터페이스(503)상의 구형 오목부를 파지하기 위한 홈을 제공한다. 공기압이 가해질 때, 수컷 커넥터(503)상의 구형 오목부는 연장되고, 수컷 커넥터 인터페이스 수형 커넥터(503) 및 리셉터클 인터페이스(509)는 IDM(507)을 로봇 암(500)에 견고하게 결합시킨다. 암형의 상호 메커니즘 교환기 인터페이스(508)는 또한 커넥터(504)로부터 전달된 공압을 수용하는 공압 커넥터(510)를 제공한다.Fig. 5c shows a female interchangeable mechanism exchanger interface coupled to the instrumentation device actuator for coupling with the male mechanism exchanger interface 502 from Figs. 5a and 5b. 5C, the instrument device actuator 507 is connected to the armature changer interface 508 which is configured to be connected to the male mechanism exchanger interface 502 on the robot arm 500. As shown in FIG. The armature switch switch interface 508 provides the flange 509 with a groove for gripping a spherical recess on the male connector interface 503. When air pressure is applied, the spherical recesses on the male connector 503 extend and the male connector interface male connector 503 and the receptacle interface 509 securely couple the IDM 507 to the robot arm 500. The female interdigitated exchanger interface 508 also provides a pneumatic connector 510 that receives the air pressure delivered from the connector 504.

도 5d는 도 5c의 암형 메커니즘 교환기 인터페이스(508)의 다른 도면을 도시한다. 전술한 바와 같이, 상호 메커니즘 교환기 인터페이스(508)는 로봇 암(500)상의 메커니즘 교환기 인터페이스(502)와 인터페이싱하기 위한 공압 커넥터(510)와 수용 인터페이스(509)를 포함한다. 또한, 메커니즘 교환기 인터페이스(508)는 전력, 제어, 센서 등의 전기 신호를 메커니즘 교환기 인터페이스(502) 내의 모듈(506)에 송신하기 위한 전기 모듈(511)을 제공한다.Figure 5d shows another view of the female mechanism exchanger interface 508 of Figure 5c. As described above, the mutual mechanism exchanger interface 508 includes a pneumatic connector 510 and an acceptance interface 509 for interfacing with the mechanism exchanger interface 502 on the robot arm 500. The mechanism exchange interface 508 also provides an electrical module 511 for transmitting electrical signals, such as power, control, sensors, etc., to the module 506 in the mechanism switch interface 502.

도 6 내지 도 9b는 도 4의 시스템(400)을 사용하여 동작될 수 있는 추가의 상호 교환 가능한 모듈을 도시한다. 도 6은 환자(605)의 복부(604)로 향하는 단일 로봇 암(603) 상의 기구 인터페이스(602)를 통해 연결된 단일 포트 복강경 기구(601)를 사용하는 본 발명의 실시예를 도시한다.6 through 9B illustrate additional interchangeable modules that may be operated using the system 400 of FIG. 6 illustrates an embodiment of the present invention using a single port laparoscopic instrument 601 connected via instrument interface 602 on a single robotic arm 603 to the abdomen 604 of the patient 605. [

도 7은 각각 한 쌍의 로봇 암(702, 703 및 705, 706)을 각각 갖는 2세트의 로봇 서브 시스템(701 및 704)을 갖는 본 발명의 실시예를 도시한다. 각각의 로봇 암의 말단부에서 계측기 인터페이스를 통해 연결되는 것은 복강경 기구(707, 708, 709, 710)이고, 모든 기구는 함께 협력하여 개별 환자(711)에서 수술을 수행한다.7 illustrates an embodiment of the present invention having two sets of robotic subsystems 701 and 704, each having a pair of robotic arms 702, 703, and 705 and 706, respectively. It is the laparoscopic instruments 707, 708, 709, 710 that are connected through the instrument interface at the distal end of each robotic arm, and all instruments cooperate to perform surgery in the individual patient 711.

도 8a는 하나의 로봇 암(802)을 갖는 서브 시스템(801)을 갖는 본 발명의 일 실시예를 도시하며, 여기서 현미경 툴(804)은 계측기 인터페이스(803)를 통해 로봇 암(802)에 연결된다. 일부 실시예에서, 현미경 툴(804)은 의사(806)에 의해 사용되는 제2 현미경 툴(805)과 연결되어 사용되어, 환자(807)의 수술 영역을 시각화하는 것을 도울 수 있다.8A illustrates one embodiment of the present invention having a subsystem 801 with one robotic arm 802 wherein the microscope tool 804 is connected to the robotic arm 802 via the instrument interface 803 do. In some embodiments, the microscope tool 804 may be used in conjunction with a second microscopy tool 805 used by the physician 806 to help visualize the surgical area of the patient 807.

도 8b는 도 8a의 서브 시스템(801)이 미세 수술을 수행하기 위해 서브 시스템(808)과 관련하여 사용될 수 있는 본 발명의 실시예를 도시한다. 서브 시스템(808)은 로봇 암(arm)(809 및 810)을 제공하며, 각각은 각각의 암에 있는 계측기 인터페이스를 통해 연결된 마이크로 수술 툴(811 및 812)을 구비한다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 로봇 암은 테이블 또는 도킹 스테이션과 같은 로봇 암의 도달 범위 내의 다른 적절한 유지 메커니즘에서 툴을 픽업하여 교환할 수 있다. 도 8a은 교환 가능 모듈이 로봇 암이 장착된 카트의 측면에 저장되는 것을 도시한다.FIG. 8B illustrates an embodiment of the present invention in which the subsystem 801 of FIG. 8A can be used in conjunction with the subsystem 808 to perform microsurgery. Subsystem 808 provides robot arms 809 and 810, each having microsurgical tools 811 and 812 connected through a meter interface on each arm. In some embodiments, the one or more robotic arms can pick up and exchange tools in other suitable retention mechanisms within the reach of the robotic arm, such as a table or docking station. 8A shows that the replaceable module is stored on the side of the cart on which the robot arm is mounted.

로봇 카테터 설계.Robotic catheter design.

바람직한 실시예에서, 도 1의 로봇 시스템(100)은 로봇 카테터(118)와 같은 다양한 외과 수술을 위해 맞춤화된 툴을 구동할 수 있다. 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 1의 로봇 시스템(100)과 관련하여 사용될 수 있는 로봇 카테터의 도면이다. 로봇 카테터(900)는 "쉬스(sheath)" 및 "리더(leader)"로 지칭되는 내장된 종방향-정렬 관형 몸체 주위에 배치될 수 있다. 큰 외경을 갖는 관형 툴인 쉬스(901)는 근위 쉬스 섹션(902), 원위 쉬스 섹션(903) 및 중앙 쉬스 내강(미도시)으로 구성될 수 있다. 쉬스 베이스(904)에 수용된 신호를 통해, 외측 쉬스 부분(903)은 작동자가 원하는 방향으로 관절 연결될 수 있다. 쉬스(901) 내에 중첩된 것은 더 작은 외경을 갖는 리더(905) 일 수 있다. 리더(905)는 근위 리더 섹션(906) 및 원위 리더 섹션(907)과, 중앙 작동 채널을 포함할 수 있다. 쉬스 베이스(904)와 유사하게, 리더 베이스(908)는 종종 IDM(예를 들어,도 1의 도면 번호117)으로부터 리더 베이스(908)에 전달되는 제어 신호에 기초하여 말단 리더 섹션(907)의 관절 연결을 제어한다.In the preferred embodiment, the robotic system 100 of FIG. 1 is capable of driving a customized tool for a variety of surgical operations, such as a robotic catheter 118. Figure 9 is a drawing of a robotic catheter that may be used in conjunction with the robotic system 100 of Figure 1, in accordance with an embodiment of the present invention. The robotic catheter 900 may be disposed about an internal longitudinally-aligned tubular body referred to as a "sheath" and a "leader ". The sheath 901, which is a tubular tool having a large outer diameter, can be composed of a proximal sheath section 902, a distal sheath section 903, and a central sheath lumen (not shown). Through the signal received in the sheath base 904, the outer sheath portion 903 can be articulated in the desired direction by the operator. Nested within the sheath 901 may be a reader 905 having a smaller outer diameter. Reader 905 may include a proximal reader section 906 and a distal reader section 907 and a central operating channel. Similar to the sheath base 904, the reader base 908 is often coupled to the end reader section 907 based on a control signal transmitted from the IDM (e.g., numeral 117 in FIG. 1) to the reader base 908 Control joint connection.

쉬스 베이스(904) 및 리더 베이스(908)는 유사한 구동 메커니즘을 가질 수 있으며, 쉬스(901) 및 리더(905) 내의 제어 텐던이 고정된다. 예를 들어, 쉬스 베이스(904)의 조작은 쉬스(901)의 텐던에 인장 하중을 가할 수 있으며, 제어된 방식으로 원위 쉬스 섹션(903)의 처짐을 유발할 수 있다. 유사하게, 리더 베이스(908)의 조작은 말단 리더 섹션(907)의 처짐을 유발하기 위해 리더(905)의 텐던에 인장 하중을 부과할 수 있다. 쉬스 베이스(904) 및 리더 베이스(908)는 공기압, 전력, 전기 신호 또는 광 신호를 IDM으로부터 쉬스(901) 및 리더(904)에 전송하기 위한 연결을 포함할 수 있다.The sheath base 904 and the leader base 908 may have similar driving mechanisms and the control tendencies in the sheath 901 and the reader 905 are fixed. For example, manipulation of the sheath base 904 can apply a tensile load to the tendons of the sheath 901 and cause deflection of the distal sheath section 903 in a controlled manner. Similarly, manipulation of the reader base 908 may impose a tensile load on the tendon of the reader 905 to cause deflection of the distal reader section 907. [ The sheath base 904 and the reader base 908 may include connections for transmitting air pressure, power, electrical signals, or optical signals from the IDM to the sheath 901 and the reader 904.

쉬스(901) 및 리더(905) 내의 제어 텐던은 관절 섹션을 통해 관절 섹션의 말단에 위치된 앵커로 라우팅될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 쉬스(901) 및 리더(905) 내의 텐던은 코일 파이프와 같은 스테인리스 스틸 코일을 통해 라우팅되는 스테인레스 스틸 제어 텐던로 이루어질 수 있다. 당업자는 케블라, 텅스텐 및 탄소 섬유와 같은 다른 재료가 텐던에 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 이러한 텐던에 하중을 가하면 쉬스(901) 및 리더(905)의 말단 부분이 제어 가능한 방식으로 편향된다. 쉬스(901) 및 리더(905) 내의 텐던의 길이를 따른 코일 파이프의 포함은 축방향 압축을 하중의 원점으로 되돌려 전달할 수 있다.The control tendon within sheath 901 and leader 905 may be routed to an anchor located at the end of the joint section through the joint section. In a preferred embodiment, the tendons in the sheath 901 and the reader 905 can be made of stainless steel control tendons that are routed through a stainless steel coil, such as a coil pipe. Those skilled in the art will appreciate that other materials such as Kevlar, tungsten, and carbon fibers may be used in the tendons. Applying a load to such a tendon deflects the distal portion of the sheath 901 and the leader 905 in a controllable manner. The inclusion of a coiled pipe along the length of the tendon in the sheath 901 and the leader 905 can return the axial compression to the origin of the load.

다수의 텐던을 사용하여, 로봇 카테터(900)는 그 길이를 따라 두 개의 지점, 즉 원위 쉬스 섹션(903)과 원위 리더 섹션(907)에서 복수의 자유도(각각 개별적인 텐던에 대응함) 제어를 제공함으로써 인체 내의 내강을 용이하게 탐색할 수 있는 능력을 갖는다. 일부 실시예에서, 4개 이하의 텐던이 쉬스(901) 및/또는 리더(905) 중 어느 하나에 사용될 수 있으며, 8자유도 이하의 자유도를 제공한다. 다른 실시예에서, 6자유도 이하의 자유도를 제공하는 3개 이하의 텐던이 사용될 수 있다.Using multiple tendons, the robotic catheter 900 provides control of a plurality of degrees of freedom (corresponding to respective tensens, respectively) at two points along its length, the distal sheath section 903 and the distal leader section 907 So that it is possible to easily search the lumen in the human body. In some embodiments, no more than four tendons can be used in either the sheath 901 and / or the reader 905, providing a degree of freedom of less than eight degrees of freedom. In other embodiments, no more than three tendons may be used that provide a degree of freedom of six degrees of freedom or less.

일부 실시예에서, 쉬스(901) 및 리더(905)는 360도로 회전하여 더 많은 툴 가요성을 제공할 수 있다. 롤 각도, 관절 연결의 다수의 각도 및 다수의 관절 점의 조합은 의사가 인체 내에서 굴곡진 경로를 따라갈 때 장치의 직관적 제어에 대한 상당한 개선을 제공한다.In some embodiments, the sheath 901 and the reader 905 may rotate 360 degrees to provide more tool flexibility. The combination of roll angle, multiple angles of joint connection, and multiple joint points provide a significant improvement over intuitive control of the device as the physician follows the curved path in the body.

쉬스 및 내시경 구조.Sheath and endoscopic structures.

도 10a, 도 10b, 도 10c, 도 11a 및 도 11b는 본 발명의 일 실시예에 따른 쉬스(전술한 쉬스(210)와 유사함) 및 가요성 내시경(전술한 가요성 내시경(212)과 유사함)을 상세하게 도시한다. 도 10a는 원위 단부(1001) 및 근위 단부(1002)를 갖는 쉬스(1000) 및 두 단부 사이에서 작동하는 내강(1003)을 도시한다. 내강(1003)은 (도 11A 및 11B의 내시경(1100)과 같은) 가요성 내시경을 슬라이딩 방식으로 수용할 수 있는 크기인 것이 바람직하다. 쉬스(1000)는 쉬스(1000)의 벽(1004)의 길이 내측에서 연장되는 텐던(1005 및 1006)을 갖는 벽(1004)을 갖는다. 텐던(1005 및 1006)은 벽(1004) 내의 도관(1007 및 1008)을 슬라이딩하여 통과함으로써 말단부(1001)에서 종단한다. 일부 실시예에서, 텐던은 스틸로 이루어질 수 있다. 텐던(1006)의 적절한 인장은 원위 단부(1001)를 도관(1008)을 향해 압축하고, 나선형 섹션(1010)의 굽힘을 최소화한다. 유사하게, 텐던(1006)의 적절한 인장은 도관(1008)을 향하여 원위 단부(1001)를 압축한다. 일부 실시예들에서, 내강(1003)은 쉬스(1000)와 동심을 이루지 않을 수 있다.FIGS. 10A, 10B, 10C, 11A and 11B are cross-sectional views of a sheath (similar to the sheath 210 described above) and a flexible endoscope (similar to the flexible endoscope 212 described above) according to an embodiment of the present invention. Are shown in detail. 10A shows a sheath 1000 having a distal end 1001 and a proximal end 1002 and a lumen 1003 operating between the two ends. The lumen 1003 is preferably sized to accommodate the flexible endoscope (such as the endoscope 1100 of Figs. 11A and 11B) in a sliding manner. The sheath 1000 has a wall 1004 having tenons 1005 and 1006 extending inside the length of the wall 1004 of the sheath 1000. Tendons 1005 and 1006 terminate at distal end 1001 by sliding through conduits 1007 and 1008 in wall 1004. In some embodiments, the tendon may be made of steel. A suitable tension of the tendon 1006 compresses the distal end 1001 toward the conduit 1008 and minimizes the bending of the helical section 1010. Similarly, a suitable tension of the tendon 1006 compresses the distal end 1001 towards the conduit 1008. In some embodiments, the lumen 1003 may not be concentric with the sheath 1000.

도 10a의 쉬스(1000)로부터의 텐던(1005 및 1006) 및 관련된 도관(1007 및 1008)은 바람직하게는 쉬스(1000)의 길이 방향으로 곧게 뻗어 있지 않고 나선형 섹션(1010)을 따라 나선형을 그리며 말단 섹션(1009)을 따라 종방향으로 곧게(즉, 중심축과 거의 평행하게) 연장된다. 나선형 섹션(1010)이 쉬스(1010)를 향해 근위 방향으로 연장되는 말단 섹션(1009)의 근위 단부로부터 시작될 수 있고 임의의 원하는 피치 또는 가변 피치에 대해 임의의 원하는 길이로 종결될 수 있다. 나선형 섹션(1010)의 길이 및 피치는 샤프트의 원하는 가요성 및 나선형 섹션(1010)에서 증가된 마찰을 고려하여 쉬스(1000)의 원하는 특성에 기초하여 결정된다. 텐던(1005 및 1006)은 내시경(1000)의 근위 섹션과 같은 나선형 섹션에 있지 않을 때 쉬스(100)의 중심축(1011)에 거의 평행하게 진행한다.The tendons 1005 and 1006 and the associated conduits 1007 and 1008 from the sheath 1000 of Figure 10A preferably do not extend straight in the longitudinal direction of the sheath 1000 but spiral along the spiral section 1010, (I.e., substantially parallel to the central axis) in the longitudinal direction along section 1009. The helical section 1010 may begin from the proximal end of the distal section 1009 extending proximally toward the sheath 1010 and terminate at any desired length for any desired pitch or variable pitch. The length and pitch of the spiral section 1010 are determined based on the desired flexibility of the shaft and the desired characteristics of the sheath 1000 in view of the increased friction in the spiral section 1010. [ The tendons 1005 and 1006 proceed substantially parallel to the central axis 1011 of the sheath 100 when they are not in a helical section such as the proximal section of the endoscope 1000.

일부 실시예에서, 텐던 도관은 서로 90도(예를 들어, 3시, 6시, 9시 및 12시 방향)를 이룰 수 있다. 일부 실시예에서, 텐던은 예를 들어 총 3개의 텐던이 서로 120도만큼 이격될 수 있다. 일부 실시예에서, 텐던은 균등하게 이격되지 않을 수 있다. 일부 실시예에서, 이들은 모두 중앙 내강의 한쪽면에 있을 수 있다. 일부 실시예에서, 텐던의 수는 3개 또는 4개가 아닐 수도 있다.In some embodiments, the tendon ducts may be at 90 degrees to each other (e.g., at 3, 6, 9 and 12 o'clock). In some embodiments, the tendons can be spaced, for example, by a total of three tensides by 120 degrees from each other. In some embodiments, the tendons may not be evenly spaced. In some embodiments, they may all be on one side of the central lumen. In some embodiments, the number of tendons may not be three or four.

도 10b는 비-나선형 섹션(1009)과 가변 피치 나선형 섹션(1010) 간의 구별을 명확히 하기 위한 목적으로 단 하나의 텐던을 갖는 쉬스(1000)의 실시예의 3차원 도면을 도시한다. 도 10c는 말단 섹션(1009), 나선형 섹션(1010)을 따라 연장된 다음 나선형 섹션(1010)에 근접한 4개의 텐던을 갖는 쉬스(1000)의 일 실시예를 3차원적으로 도시한다.10B shows a three-dimensional view of an embodiment of a sheath 1000 having only one tendon for the purpose of clarifying the distinction between a non-helical section 1009 and a variable pitch helical section 1010. FIG. Fig. 10C shows an embodiment of a sheath 1000 three-dimensionally with four tensions close to the next spiral section 1010 extending along the tapered section 1010,

도 11a는 선단부(1101) 및 기단부(1102)를 갖는 가요성 내시경(1100)을 도시하며, 이는 도 1 및 도 2로부터 쉬스(1000) 내에 슬라이드 이동하도록 크기가 정해질 수 있다. 내시경(1100)은 이를 통과하는 하나 이상의 작동 채널(1103)을 포함할 수 있다. 쉬스(1000)의 근위 단부(1002) 및 가요성 내시경(1100)의 근위 단부(1102)는 각각 도 1의 모듈(206 및 208)에 작동 가능하게 연결된다. 텐던(1104 및 1105)은 벽(1108) 내의 도관(1106 및 1107)을 각각 슬라이딩하여 통과하고 말단부(1101)에서 끝난다.Figure 11A shows a flexible endoscope 1100 having a distal end 1101 and a proximal end 1102 which can be sized to slide within the sheath 1000 from Figures 1 and 2. The endoscope 1100 may include one or more actuation channels 1103 therethrough. The proximal end 1002 of the sheath 1000 and the proximal end 1102 of the flexible endoscope 1100 are operatively connected to the modules 206 and 208 of FIG. Tendons 1104 and 1105 slide through and pass through conduits 1106 and 1107 in wall 1108 and terminate at distal end 1101, respectively.

도 11b는 이미징부(1109)(예를 들어, CCD 또는 CMOS 카메라, 이미징 섬유 다발의 말단부 등), 광원(1110)(예를 들어, LED, 광섬유 등)을 갖는 가요성 내시경(1100)의 말단부(1101) 다른 채널 또는 작동 전자 장치(1106)는 가요성 내시경(1100)을 따라 제공되어 카메라, 흡입, 전기, 광섬유, 초음파, 트랜스 듀서, EM 센싱, OCT 센싱 등이 있다.Fig. 11B illustrates a flexible endoscope 1100 having an imaging portion 1109 (e.g., a CCD or CMOS camera, a distal end of an imaging fiber bundle, etc.), a light source 1110 (e.g. LED, fiber optic, etc.) Other channels or actuating electronics 1106 are provided along the flexible endoscope 1100 and include a camera, suction, electricity, optical fiber, ultrasonic transducer, EM sensing, OCT sensing, and the like.

일부 실시예에서, 내시경(1100)의 원위 단부(1101)는 전술한 것과 같은 툴의 삽입을 위한 "포켓"을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 포켓은 툴를 제어하기 위한 인터페이스를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 전기 또는 광학 케이블과 같은 케이블이 인터페이스와 통신하기 위해 내시경에 존재할 수 있다.In some embodiments, the distal end 1101 of the endoscope 1100 may include a "pocket" for insertion of the tool as described above. In some embodiments, the pocket may include an interface for controlling the tool. In some embodiments, a cable, such as an electrical or optical cable, may be present in the endoscope to communicate with the interface.

일부 실시예에서, 도 10의 쉬스(1000), 도 10A의 가요성 내시경(1100)은 도 11a에 도시된 바와 같이, 바람직하게는 로봇식으로 조종 및 조향 가능한 말단부를 가질 수 있다. 따라서, 이러한 제어를 가능하게 하는 쉬스(1000) 및 가요성 내시경(1100)의 구조는 실질적으로 양쪽 모두 동일하며, 따라서 쉬스(1000)의 구조에 대한 논의는 쉬스(1000)의 구조에 한정될 것이다.In some embodiments, the sheath 1000 of FIG. 10, the flexible endoscope 1100 of FIG. 10A may have a distal end, preferably robotically steerable and steerable, as shown in FIG. 11a. Therefore, the structure of the sheath 1000 and the flexible endoscope 1100 that enable this control is substantially the same, and therefore the discussion of the structure of the sheath 1000 will be limited to the structure of the sheath 1000 .

따라서, 도 11의 내시경(1100)으로부터의 텐던(1104, 1105) 및 관련 도관(1106, 1107)은 내시경(1100)의 길이 방향으로 종방향으로(즉, 중심축에 거의 평행하게) 진행하지 않고, 내시경(1100)의 다른 부분을 따라 나선을 그린다. 내시경(1100)의 나선형 섹션은 쉬스(1100)의 나선형 텐던 및 도관과 마찬가지로, 샤프트의 원하는 가요성 및 나선형 섹션의 증가된 마찰을 고려하여 내시경의 원하는 특성에 기초하여 결정될 수 있다. 텐던들(1104 및 1105)은 나선형 섹션에 있지 않을 때 내시경(1000)의 중심축에 대략 평행하게 뻗어 있다.Thus, the tendons 1104 and 1105 and the associated conduits 1106 and 1107 from the endoscope 1100 of Fig. 11 do not proceed longitudinally (i.e., substantially parallel to the central axis) in the longitudinal direction of the endoscope 1100 , And draws a spiral along another portion of the endoscope 1100. The spiral section of the endoscope 1100 may be determined based on the desired properties of the endoscope, taking into account the desired flexibility of the shaft and the increased friction of the spiral section, as well as the helical tendons and conduits of the sheath 1100. The tendons 1104 and 1105 extend substantially parallel to the central axis of the endoscope 1000 when not in a spiral section.

후술되는 나선형 섹션의 목적은 말단 섹션에 인접한 샤프트를 따라 발생하는 굽힘을 최소화하면서 말단 섹션으로 굽힘을 격리하는 것을 돕는 것이다. 본 발명의 일부 실시예에서, 쉬스(1000) 및 내시경(1100) 내의 도관의 나선 피치는 나선형 섹션의 길이를 따라 변할 수 있으며, 이하에서 더욱 상세히 설명되는 바와 같이 샤프트의 강성/강도가 변경될 것이다.The purpose of the helical section described below is to help isolate the bend to the end section while minimizing the bending that occurs along the shaft adjacent the end section. In some embodiments of the present invention, the helical pitch of the ducts in the sheath 1000 and the endoscope 1100 may vary along the length of the helical section and the stiffness / strength of the shaft will change as will be described in more detail below .

쉬스(1000) 및 내시경(1100) 내의 나선형 도관 및 나선형 텐던의 사용은 나선형 도관이 없는 종래의 가요성 기구에 비해, 특히 해부학적 구조물에서 비선형 경로를 탐색할 때 중요한 이점을 제공한다. 만곡된 경로를 탐색할 때, 쉬스(1000) 및 내시경(1100)이 대부분의 길이에 걸쳐 가요성을 유지하고, 제어 및 조종 가능한 말단부 섹션을 가지면서 말단 벤딩 섹션에 인접한 기구의 최소 2차 굴곡을 갖는 것이 바람직하다. 이전의 가요성 툴에서는 말단을 분명히 하기 위해 텐던에 장력을 가하면 가요성 툴의 전체 길이를 따라 원하지 않는 굽힘과 토크가 발생하며, 이는 각각 "근력 강화"및 "곡선 맞춤"이라고도 한다.The use of helical conduits and spiral tenses in the sheath 1000 and endoscope 1100 provides significant advantages when compared to conventional flexible instruments without helical conduits, particularly when navigating non-linear pathways in anatomical structures. When searching for a curved path, the sheath 1000 and endoscope 1100 remain flexible over most of the length and have at least a second bend of the instrument adjacent the distal bending section with the controllable and steerable distal section . In previous flexible tools, applying tension to the tendon to clarify the ends results in unwanted bending and torque along the entire length of the flexible tool, which is also referred to as "muscle strengthening" and "curve fitting," respectively.

도 12a 내지 도 12c는 텐던이 당겨질 때 이전의 가요성 기구가 바람직하지 않은 "근력 증진(muscling)" 현상을 나타내는 방법을 도시한다. 도 12a에 도시된 바와 같이, 이전의 가요성 기기(1200)는 중심축(1201)에 대략 평행하게 뻗어있는 기구(1200)의 길이를 따라 4개의 텐던 또는 제어 와이어를 가질 수 있다. 텐던(1202 및 1203)만이 도관(1204 및 1205)의 말단부상의 제어 링(1206)에 고정된 샤프트 벽 내에서 (예를 들어, 제어 내강으로서) 연결된다. 기구(1200)는 벤딩 섹션(1207) 및 샤프트(1207)를 갖도록 설계된다. 샤프트(1208)는 보강재와 같은 강성 재료를 포함할 수 있다.Figures 12a-12c illustrate a method in which a previous flexible mechanism exhibits an undesirable "muscling" phenomenon when the tendon is pulled. 12A, the previous flexible device 1200 may have four tendons or control wires along the length of the device 1200 extending generally parallel to the central axis 1201. As shown in FIG. Tendons 1202 and 1203 are only connected (e.g., as control lumens) within the shaft wall fixed to the control ring 1206 on the distal end of the conduits 1204 and 1205. The mechanism 1200 is designed to have a bending section 1207 and a shaft 1207. Shaft 1208 may include a rigid material such as a stiffener.

도 12b는 벤딩 섹션(1207)의 이상적인 관절 연결을 도시한다. 텐던(1203)에 장력을 당기거나 작용시킴으로써, 원위 벤딩 섹션(1207)만이 관절화되어, φ의 양으로 나타나고, 텐던(1202 및 1203)의 근위 단부에서의 길이 차이가 f(φ)이다. 대조적으로, 샤프트(1208)는 중심축(1201)을 따라 곧게 유지된다. 이는 도면 번호 1207의 말단 영역보다 상당히 높은 강성의 근위 영역(1208)을 가짐으로써 달성된다.FIG. 12B shows the ideal joint connection of the bending section 1207. Only the distal bending section 1207 is articulated and represented by the amount of φ and the difference in length at the proximal end of the tendons 1202 and 1203 is f (φ). In contrast, the shaft 1208 is held straight along the central axis 1201. This is accomplished by having a substantially rigid proximal region 1208 that is significantly higher than the distal region of the reference numeral 1207.

도 12c는 텐던(1203)에 의한 실제 결과를 도시한다. 도 12c에 도시된 바와 같이, 텐던(1203)을 당기면 장력이 국부적이지 않기 때문에 샤프트의 전체 길이를 따라 압축력이 발생한다. 이상적인 상황에서는, 중심축(1201)을 따른 텐던(1203)이지만, 전체 압축 하중은 중심축 아래로 똑같이 전달될 것이고, 대부분 또는 모든 굽힘은 절곡 부분(1207)에서 발생할 것이다. 그러나, 텐던(1203)에서와 같이, 축방향 하중은 중심축을 따라 누적 모멘트를 생성하는 중심축의 동일한 반경 방향으로 중심축(1201)으로부터 전달된다. 이에 따라 샤프트(1208)는 벤딩 섹션(1207)에서의 굽힘과 동일한 방향으로 있을 샤프트(1208)가 벤딩된다(θ로 도시 됨). 도관(1204) 및 도관(1205)을 따른 길이는 기구 말단 벤딩 섹션(1207)은 구부러진다. 텐던(1203)이 짧아질 필요가 있고 텐던(1202)이 길어질 필요가 있기 때문에 근위 단부로부터 연장되는 텐던(1202, 1203)의 크기는 f(φ, θ)이다. 샤프트(1207) 및 말단 벤딩 섹션(1208)이 텐던(1203)을 당김으로써 구부러지는 이러한 현상은 "근력 강화(muscling)"라고 불린다.Figure 12C shows the actual result by the tenant 1203. As shown in FIG. 12C, when tensile 1203 is pulled, a compressive force is generated along the entire length of the shaft because the tension is not localized. In an ideal situation, the tensile 1203 along the central axis 1201, but the entire compressive load will be transmitted equally below the central axis, and most or all of the bending will occur at the bending portion 1207. [ However, as with the tenon 1203, the axial load is transmitted from the center axis 1201 in the same radial direction of the central axis that generates a cumulative moment along the central axis. The shaft 1208 thus bends (shown as &thetas;) the shaft 1208 which would be in the same direction as the bending in the bending section 1207. The length along conduit 1204 and conduit 1205 is bent by instrument distal bending section 1207. The size of the tendons 1202 and 1203 extending from the proximal end is f (?,?) Since the tendon 1203 needs to be shortened and the tensor 1202 needs to be long. This phenomenon in which the shaft 1207 and the distal bending section 1208 are bent by pulling the tendon 1203 is called "muscling. &Quot;

도 12d는 근력 강화에 기여하는 힘을 3차원적으로 도시한다. 도 12d에 도시된 바와 같이, 기구(1200)를 따른 인장 텐던(1203)은 힘(1203)이 기구의 한쪽 방향으로 힘(1212)을 방향으로 가하도록 한다. 힘의 방향(1212)은 힘(1203)의 장력이 말단 벤딩 섹션(1207)의 팁으로부터 샤프트(1208)의 베이스까지의 직선을 따라 가도록 힘을 가하게 하는 것, 즉 점선으로 표시된 바와 같이 최저 에너지 상태를 반영한다. (즉, 적용 가능한 힘 아래에서 구부러지기 쉽지 않다면), 샤프트(1208)는 말단 벤딩 섹션(1207)만이 구부러질 것이다. 그러나, 많은 응용 분야에서, 근력 현상을 적절히 최소화하기 위해 샤프트 강성을 말단부와 충분히 다르게 만드는 것은 바람직하지 않다.FIG. 12D shows the force that contributes to strengthening muscles three-dimensionally. As shown in FIG. 12D, the tensile tendon 1203 along the instrument 1200 causes the force 1203 to force the force 1212 in one direction of the instrument. The direction of the force 1212 is to force the tension of the force 1203 along a straight line from the tip of the distal bending section 1207 to the base of the shaft 1208, . (I.e., not easy to bend under an applied force), only shaft bending section 1207 will bend shaft 1208. However, in many applications, it is not desirable to make the shaft stiffness sufficiently different from the end portion to properly minimize the muscle force phenomenon.

도 12f 내지 도 12i는 이전의 가요성 기구가 비선형 경로에서 사용되는 동안 커브 정렬 현상을 겪는 방식을 도시한다. 도 12f는 기구(1200)의 샤프트(1208)를 따라 굴곡을 갖는 것으로 표현되는 비선형 경로 내의 정지 상태에 있는 이전의 가요성 기구(1200)를 도시한다. 예를 들어, 이는 기관이 기관지 내 굴곡을 지나서 탐색함으로써 발생할 수 있다. 비선형 굴곡으로 인하여, 기구(1200)의 텐던(1202 및 1203)은 F(τ)로 표시되는 비선형 굴곡부를 수용하기 위한 길이만큼 근위 단부에서 길어지거나 짧아질 필요가 있다. 화살표(1209)(신장력) 및 화살표(1210)(압축력)으로 각각 도시된 바와 같이, 굽힘의 상부 및 하부의 내강/도관 상에 신장력 및 압축력이 존재한다. 이러한 힘은 굴곡부의 상단을 따른 거리가 중심축보다 길고 굴곡부의 안쪽을 따른 거리가 중심축보다 짧기 때문에 존재한다.Figures 12f-12i illustrate the manner in which the previous flexure mechanism experiences curve alignment during use in a non-linear path. 12F shows a prior flexure mechanism 1200 in a stationary state in a non-linear path represented as having a flex along the shaft 1208 of the mechanism 1200. For example, this can occur by tracing the trachea over the bronchial bend. Due to the non-linear bending, the tendons 1202 and 1203 of the instrument 1200 need to be lengthened or shortened at the proximal end by a length to accommodate the non-linear bend indicated by F (?). There are stretching forces and compressive forces on the upper and lower lumens / conduits of the bend, as shown by arrows 1209 (stretching force) and arrow 1210 (compressive force), respectively. This force exists because the distance along the top of the flexion is longer than the center axis and the distance along the inside of the flexion is shorter than the center axis.

도 12g는 기구(1200)의 말단 벤딩 섹션(1207)을 굽힘 τ과 동일한 방향으로 관절 연결하는 방식을 도시하며, 텐던(1203)을 당길 것이다. 이것은 가요성 기구의 길이를 따라 압축력을 발생시키고 텐던(1203)은 또한 통과하는 비선형 도관에 대해 하향 힘을 가하고, 이는 해부학적인 굴곡에 의해 이전에 압축된 샤프트(1208)에 부가적 압축을 가한다. 이러한 압축성의 리드가 부가적이기 때문에, 샤프트(1208)는 말단 벤딩 섹션(1207)과 동일한 방향으로 더 굽어질 것이다. 비선형 도관을 따르는 부가적인 압축력은 매우 바람직하지 않다. 왜냐하면 (i) 가요성 기구를 해부학 부상을 입을 수 있고, (ii) 해부학적 구조가 계기 샤프트의 윤곽을 지배한다고 가정할 수 있을 때, 샤프트가 무엇을 하고 있는지 끊임없이 모니터링 해야 하기 때문에 부상 위험이 있으며, (iii) 이는 기구를 구부리는 비효율적인 방식이고, (iv) 예측성 및 제어 가능성을 돕기 위해 원위 단면에서의 굽힘을 격리하는 것이 바람직하고(즉, 이상적인 기구는 명령대로 굽혀지며 기능이 아닌 벤딩 섹션을 갖는다), (v) 사용자가 텐던(1103)을 예측할 수 없는 추가 길이(φ+θ+τ)로 당길 것을 요구한다.FIG. 12G shows a manner of articulating the distal bending section 1207 of the instrument 1200 in the same direction as the bending?, And will pull the tendon 1203. This creates a compressive force along the length of the flexible mechanism and the tendon 1203 also exerts a downward force on the passing non-linear conduit, which causes additional compression to the previously compressed shaft 1208 by anatomical bending . Because this compressible lead is additive, the shaft 1208 will be further bent in the same direction as the distal bending section 1207. Additional compressive forces along the nonlinear conduit are highly undesirable. There is a risk of injury because (i) the flexible mechanism can suffer anatomical injuries, and (ii) the anatomical structure can be assumed to dominate the contour of the instrument shaft, because the shaft is constantly monitoring what it is doing (iii) it is an inefficient way to bend the instrument, (iv) it is desirable to isolate the bend in the distal section to aid in predictability and controllability (ie, the ideal instrument is bending (V) the user is required to pull the tendon 1103 with an unpredictable additional length ([phi] + [theta] + [tau]).

도 12h는 풀 텐던(1202)을 필요로 하는 굴곡부(τ)와 대향된 말단부를 관절 연결하는 양태를 예시한다. 풀 텐던(1202)은 굴곡부의 굽힘에 대한 연장 하중에 도시된 바와 같은 휴지 상태가 된다. 텐던(1202)은 가장 낮은 에너지 상태, 즉 압축 하중(1211)이 굴곡부(τ)의 안쪽에 놓이고, 축(1208)이 화살표(1212)의 방향으로 회전하게 하여 텐던(1202)이 굴곡부(τ) 내부에 놓인다. 도 12i에 도시된 바와 같이, 텐던(1202)상의 인장으로부터의 회전(1212)은 압축 하중(1211)을 굴곡 내측으로 되돌려 이동시키고 말단 벤딩 섹션(1207)을 굽힘 방향으로 뒤틀어서 의도한 것과 반대 방향으로 굴곡되게 한다. 텐던(1202) 및 후속 회전(1212)에 대한 장력은 실제로는 도 11에서와 동일한 상태로 기구(1200)를 복귀시킨다. 원위부 굴절력이 굴곡부(τ)쪽으로 되돌아가는 현상은 "커브 정렬"이라고 알려져 있다. 커브 정렬은 근력 운동을 유발하는 동일한 힘으로부터 발생하며, 이 힘은 근력 증강의 경우에 바람직하지 않은 측방향 운동을 초래하고, 커브 정렬의 경우에 바람직하지 않은 회전 운동이다. 근력 증강 및 곡선 정렬 이론에 대한 논의는 제한을 위한 것이 아니며, 본 발명의 실시예는 이 설명에 의해 어떠한 방식으로든 제한되지 않는다는 점이 이해되어야 한다.Figure 12h illustrates an embodiment of articulating a distal end opposite to a flexure < RTI ID = 0.0 > tau < / RTI > The pull tendon 1202 is in a resting state as shown in the extension load against bending of the bent portion. Tendon 1202 has the lowest energy state, i.e., compressive load 1211 lies inside bend tau, causing shaft 1208 to rotate in the direction of arrow 1212, Lt; / RTI > As shown in Figure 12i, rotation 1212 from the tension on the tenter 1202 moves the compressive load 1211 back into the bending inward direction and twists the distal bending section 1207 in the bending direction, . The tension on the tenter 1202 and the subsequent rotation 1212 actually returns the instrument 1200 to the same state as in Fig. The phenomenon that the distal refracting power returns to the bend portion? Is known as "curve alignment ". Curve alignment arises from the same forces that cause muscle movement, which results in undesirable lateral movement in the case of muscle strength enhancement and undesirable rotational movement in the case of curve alignment. It should be understood that the discussion of muscle strength and curve alignment theory is not intended to be limiting, and that the embodiments of the invention are not limited in any way by this description.

도 10 및 도 11의 바람직한 실시예는 나선형 섹션(1010)의 제공을 통해 근력 및 곡선 정렬 현상을 실질적으로 해결한다. 도 12j의 나선형 섹션(1010)에서와 같이, 기구(1200) 둘레로 제어 내강을 나선 형태로 형성한다. 인장된 텐던(1215)이 압축성 로드(1214)를 중심축을 중심으로 다수의 방향으로 대칭적으로 전달하기 때문에, 샤프트 상에 부과된 굽힘 모멘트는 또한 축 주위에 대칭적으로 분포된다(도 12b 및 도 10c 참조). 축의 세로축은 반대의 압축력과 인장력을 상쇄시킨다. 굽힘 모멘트의 분포는 점선(1216)으로 나타낸 바와 같이, 중심축에 종방향으로 평행한 최저 에너지 상태를 생성하는 최소 순 굽힘 및 회전력을 초래한다. 이는 근력 및 곡선 정렬 현상을 제거하거나 실질적으로 감소시킨다.The preferred embodiment of Figures 10 and 11 substantially solves muscle and curvature alignment phenomena through the provision of helical section 1010. [ As in the spiral section 1010 of Figure 12j, the control lumen is formed spirally around the instrument 1200. The bending moments imposed on the shaft are also distributed symmetrically around the axis because the tensioned tendons 1215 symmetrically transmit the compressible rod 1214 in a number of directions about the central axis (Figures 12B and 12B) 10c). The longitudinal axis of the axis counteracts the opposite compressive and tensile forces. The distribution of the bending moments results in a minimum net bending and rotational force that produces a lowest energy state parallel to the central axis in the longitudinal direction, as indicated by dashed line 1216. This eliminates or substantially reduces muscle tone and curve alignment phenomena.

일부 실시예에서, 나선의 피치는 나선형 섹션의 마찰 및 강성에 영향을 주기 위해 변경될 수 있다. 예를 들어, 나선형 섹션(1010)은 더 큰 비-나선형 섹션(1009)을 허용하도록 더 짧을 수 있어서, 더 큰 벤딩 섹션 및 가능하면 마찰을 덜 초래할 수 있다.In some embodiments, the pitch of the helix may be varied to affect the friction and stiffness of the helical section. For example, helical section 1010 may be shorter to allow larger non-helical section 1009, resulting in less bending section and possibly less friction.

그러나, 나선형 제어 내강은 몇 가지 절충점을 창출한다. 나선형 제어 내강은 여전히 텐던의 긴장으로부터 버클링을 방지하지 못한다. 또한, 근력이 크게 감소되는 동안, "나선형" 텐던의 긴장으로 인한 샤프트의 나선형 스프링 모양 패턴으로의 커브가 매우 일반적이다. 또한, 헬리컬 컨트롤 내강은 텐던이 더 먼 거리에서 내강을 통과할 때 추가적인 마찰력을 보상해야 한다.However, spiral control lumens create some compromises. The spiral control lumen still does not prevent buckling from tension of the tendon. Also, while muscle strength is greatly reduced, the curve to the helical spring-like pattern of the shaft due to the tension of the "spiral " tendons is very common. In addition, the helical control lumens must compensate for additional frictional forces when the tendon passes through the lumen at a greater distance.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른, 내강 내에 축 방향으로 딱딱한 튜브를 갖는 가요성 내시경 장치의 구조를 도시한다. 도 13에 도시된 바와 같이, 내시경 장치의 섹션은 샤프트(1300) 주위에 나선형 패턴으로 감겨진 풀 와이어(1302)를 갖는 단일 내강(1301)을 갖는다. 내강 내부에서, 축방향으로 딱딱한 튜브(1303)는 풀 와이어(1302)와 내강 샤프트(1300)의 나선형 부분의 시작과 끝 부분에 앵커된 부유 튜브(1303)는 풀 와이어(1302)의 인장 및 외부 비틀림에 응답하여 연장되고 압축되어 내강(1301)의 벽을 신장 및 압축력으로부터 완화시킨다. 일부 실시예에서, 관(1303)은 내강의 시점 및 종점에서 풀 링에 의해 고정될 수 있다. 대안적으로, 관(1303)은 내강의 시점 및 종점에 납땜, 용접, 접착, 결합 또는 융합 방법을 사용하여 고정될 수 있다. 다양한 실시예에서, 튜브(1303)는 피하 튜브, 코일 파이프, 보우 덴 케이블, 토크 튜브, 스테인레스 스틸 튜브 또는 니티놀 튜브로 형성될 수 있다. .Figure 13 illustrates the structure of a flexible endoscope device having an axially rigid tube within the lumen, according to an embodiment of the present invention. 13, the section of the endoscope apparatus has a single lumen 1301 with a pull wire 1302 wrapped around the shaft 1300 in a spiral pattern. Inside the lumen, the axially rigid tube 1303 has a pull wire 1302 and a floating tube 1303 anchored at the beginning and end of the spiral portion of the lumen shaft 1300, Extending and compressing in response to torsion to relieve the walls of lumen 1301 from stretching and compressive forces. In some embodiments, the tube 1303 may be secured by a pull ring at a point of time and an end point of the lumen. Alternatively, the tube 1303 can be secured using a brazing, welding, gluing, bonding or fusion method to the starting and end points of the lumen. In various embodiments, the tube 1303 can be formed from a subcutaneous tube, a coiled pipe, a Bowden cable, a torque tube, a stainless steel tube, or a nitinol tube. .

도 13의 실시예는, 말단에 튜브를 고정하여 부착하고, 어느 한쪽 또는 양쪽 말단부를 회전시켜 튜브를 집합적으로 비틀어서 구성할 수 있다. 이 실시예에서, 단부 피스(들)의 회전은 튜브가 동일한 피치, 방식 및 방향으로 나선형이 되도록 보장한다. 회전 후에, 단부 피스는 내강에 고정식으로 부착되어 더 이상의 회전을 방지하고 나선형의 피치에 대한 변화를 제한할 수 있다.In the embodiment of Fig. 13, a tube may be fixedly attached to the distal end, and either or both ends may be rotated to collectively twist the tube. In this embodiment, the rotation of the end piece (s) ensures that the tubes are helical in the same pitch, manner and direction. After rotation, the end piece is fixedly attached to the lumen to prevent further rotation and to limit changes to the helical pitch.

도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 가요성 내시경 장치의 내강 내의 나선형 패턴의 구조를 도시한다. 도 14에 도시된 바와 같이, 내강(1400)은 벽을 따라 나선 구조 또는 나선형 패턴을 형성하는 구조체(1401 및 1402)를 포함한다. 바람직한 실시예에서, 구조는 축방향으로 강성이며 튜브형인 재료로 형성된다. 일부 실시예에서, 구조는 피하 튜브( "하이포 튜브"), 코일 파이프 또는 토크 튜브로 형성될 수 있다. 구조체(1401 및 1402)에 의해 도시된 바와 같이, 구조체는 내강(1400)의 벽을 따라 상이한 시작점을 가질 수 있다. 구조체(1401 및 1402)의 재료, 조성 및 특성은 또한 원하는 강성 및 길이를 위해 선택되고 구성될 수 있다. 구조들(1401 및 1402)에 의해 형성된 나선형 패턴의 피치는 또한 내강(1400)의 원하는 강성 및 가요성을 위해 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 내강(1400)은 도 14의 내시경(1100)과 같은 가요성 내시경의 중심 내강 일 수 있다.14 shows a structure of a spiral pattern in the lumen of the flexible endoscope apparatus according to an embodiment of the present invention. 14, lumen 1400 includes structures 1401 and 1402 that form a spiral or spiral pattern along a wall. In a preferred embodiment, the structure is formed of a material that is axially rigid and tubular. In some embodiments, the structure may be formed from a subcutaneous tube ("hypotube"), coil pipe, or torque tube. As shown by the structures 1401 and 1402, the structure may have different starting points along the walls of the lumen 1400. The materials, composition and properties of the structures 1401 and 1402 may also be selected and configured for the desired stiffness and length. The pitch of the helical pattern formed by structures 1401 and 1402 may also be configured for desired stiffness and flexibility of lumen 1400. [ In some embodiments, lumen 1400 may be a central lumen of a flexible endoscope, such as endoscope 1100 of Fig.

로봇 카테터 시스템.Robotic catheter system.

도 15a는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 카테터 시스템의 로봇 카테터를 도시한다. 로봇 카테터(1500)는 지지 베이스(미도시)에 인접한 가요성 샤프트 섹션(1501) 및 말단 팁(1503)에 결합된 가요성 관절 섹션(1502)을 포함할 수 있다. 리더(1505)와 유사하게, 로봇 카테터(1500)는 샤프트 내의 텐던에 인장 하중을 가하여 관절 연결될 수 있다.15A illustrates a robotic catheter of a robotic catheter system in accordance with an embodiment of the present invention. The robotic catheter 1500 may include a flexible shaft section 1501 adjacent the support base (not shown) and a flexible joint section 1502 coupled to the distal tip 1503. [ Similar to the reader 1505, the robotic catheter 1500 can be articulated by applying a tensile load to the tendon within the shaft.

도 15b는 도 15a의 로봇 카테터(1500)의 다른 도면을 도시한다. 도 15b에 도시된 바와 같이, 말단 팁(1503)은 작동 채널(1504), 4개의 LED(1505) 및 디지털 카메라(1506)를 포함할 수 있다. LED(1505)와 관련하여, 디지털 카메라(1506)는 해부학적인 내강 내에서의 탐색을 돕는다. 일부 실시예에서, 말단 팁(1503)은 디지털 이미징 수단 및 조명 수단을 수용하는 일체형 카메라 어셈블리를 포함할 수 있다.Figure 15B shows another view of the robotic catheter 1500 of Figure 15A. As shown in FIG. 15B, the distal tip 1503 may include an actuating channel 1504, four LEDs 1505, and a digital camera 1506. With respect to the LED 1505, the digital camera 1506 aids in searching within the anatomical lumen. In some embodiments, the distal tip 1503 can include an integrated camera assembly that accepts digital imaging means and illumination means.

작동 채널(1504)은 수술 부위에서의 정확한 관절 연결을 위한 벤딩 굴절과 같은 수술 중 기구의 통과를 위해 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 작동 채널은 플러시, 흡인, 조명 또는 레이저 에너지와 같은 추가적인 성능을 제공하도록 통합될 수 있다. 작동 채널은 또한 전술한 부가 기능에 필요한 제어 텐던 어셈블리 및 다른 내강의 라우팅을 용이하게 할 수 있다. 로봇 카테터의 작동 채널은 또한 다양한 다른 치료 물질을 전달하도록 구성될 수 있다. 이러한 물질은 절제, 방사선 또는 줄기 세포에 대해 극저온일 수 있다. 이들 물질은 삽입, 관절 및 본 발명의 로봇 카테터의 기능을 사용하여 정확하게 목표 부위에 전달될 수 있다. 일부 실시예에서, 작동 채널은 직경이 1.2 밀리미터로 작을 수 있다.The actuation channel 1504 may be used for the passage of an intra-operative instrument, such as a bending refraction, for accurate joint connection at the surgical site. In other embodiments, the actuation channel may be integrated to provide additional performance, such as flush, suction, illumination, or laser energy. The actuation channel can also facilitate the routing of control tendon assemblies and other lumens required for the above-described additional functions. The working channel of the robotic catheter can also be configured to deliver a variety of different therapeutic materials. Such materials can be cryogenic for ablation, radiation, or stem cells. These materials can be delivered precisely to the target site using the function of the insert, joints, and the robotic catheter of the present invention. In some embodiments, the actuating channel may be as small as 1.2 millimeters in diameter.

일부 실시예에서, 전자기(electromagnetic, EM) 추적기는 위치 파악을 돕기 위해 말단 팁(1503)에 결합될 수 있다. 후술될 바와 같이, 정적 EM 필드 발생기는 EM 추적기의 위치 및 말단 팁(1503)의 위치를 실시간으로 결정하는데 사용될 수 있다.In some embodiments, an electromagnetic (EM) tracker may be coupled to the distal tip 1503 to assist in locating. As will be described below, a static EM field generator can be used to determine in real time the location of the EM tracker and the location of the distal tip 1503.

카메라(1506)로부터의 이미지는 해부학적 공간을 통한 탐색에 이상적일 수 있다. 따라서, 점액과 같은 내부 체액으로부터 카메라(1506)를 가리는 것은 탐색할 때 문제를 일으킬 수 있다. 따라서, 로봇 카테터(1500)의 말단부(1503)는 또한 카메라 렌즈의 관개 및 흡입을 위한 수단과 같은 카메라(1506)를 세척하기 위한 수단을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 작동 채널은 카메라 렌즈 주변의 유체로 팽창되어 렌즈가 깨끗해지면 흡입될 수 있는 풍선을 포함할 수 있다.The image from the camera 1506 may be ideal for searching through anatomical spaces. Thus, masking the camera 1506 from an internal body fluid, such as mucus, can cause problems when being searched. Thus, the distal end 1503 of the robotic catheter 1500 may also include means for cleaning the camera 1506, such as a means for irrigation and suction of the camera lens. In some embodiments, the actuation channel may include a balloon that is inflated with fluid around the camera lens and can be inhaled once the lens is clean.

로봇 카테터(1500)는 작은 해부학적 공간 내에서 작은 기구의 전달 및 조작을 가능하게 한다. 바람직한 실시예에서, 말단 팁은 3밀리미터(즉, 9 프렌치) 이하의 외경을 유지하면서 내강 내 수술을 수행하기 위해 소형화될 수 있다.The robotic catheter 1500 enables delivery and manipulation of small instruments within a small anatomical space. In a preferred embodiment, the distal tip can be miniaturized to perform intraluminal surgery while maintaining an outer diameter of less than 3 millimeters (i.e., 9 French).

도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 카테터의 말단부를 도시한다. 도 15a에서와 같이, 로봇 카테터(1600)는 유사하게 외부 케이싱(1602)을 갖는 말단부(1601)를 포함한다. 케이싱(1602)은 스테인레스 스틸 및 폴리에테르 에테르 케톤(polyether ether ketone, PEEK)을 포함하는 다수의 재료로 구성될 수 있다. 말단부(1601)는 툴 접근 및 제어를 슬라이딩식으로 제공하기 위한 작동 채널(1603)로 패킹될 수 있다. 원위 단부(1601)는 또한 카메라(1605)를 사용하여 조명을 위한 LED 어레이(1604)를 제공할 수 있다. 일부 실시예에서, 카메라는 하나 이상의 컴퓨터 프로세서, 인쇄 회로 기판, 및 메모리를 포함하는 더 큰 센서 어셈블리의 일부일 수 있다. 일부 실시예에서, 센서 어셈블리는 자이로 스코프 및 가속도계(용도가 후술됨)와 같은 다른 전자 센서를 포함할 수도 있다.Figure 16 shows a distal end of a robotic catheter according to an embodiment of the present invention. As in FIG. 15A, the robotic catheter 1600 includes a distal end 1601 similarly having an outer casing 1602. The casing 1602 may be composed of a number of materials including stainless steel and polyether ether ketone (PEEK). The distal end 1601 may be packed into an actuation channel 1603 for slidingly providing tool access and control. Distal end 1601 may also provide a LED array 1604 for illumination using camera 1605. [ In some embodiments, a camera may be part of a larger sensor assembly that includes one or more computer processors, a printed circuit board, and a memory. In some embodiments, the sensor assembly may include other electronic sensors such as a gyroscope and an accelerometer (application is described below).

기구 장치 조작기(Instrument Device Manipulator, IDM).Instrument Device Manipulator (IDM).

일부 실시예에서, 메커니즘 교환기 인터페이스는 연관된 IDM을 확보하기 위한 간단한 나사일 수 있다. 다른 실시예에서, 메커니즘 교환기 인터페이스는 전기 커넥터를 갖는 볼트 플레이트일 수 있다.In some embodiments, the mechanism exchange interface may be a simple screw to secure the associated IDM. In another embodiment, the mechanism exchange interface may be a bolt plate having an electrical connector.

도 17a는 본 발명의 일 실시예에 따른 조작기를 포함하는 로봇 의료 시스템의 일부분을 도시한다. 시스템(1700)은 로봇 암(1701), 관절 인터페이스(1702), 기구 장치 조작기(IDM)(1703) 및 로봇 카테터(1704)를 포함한다. 일부 실시예에서, 로봇 암(1701) 여러 조인트와 링크를 가지는 더 큰 로봇 암의 연결체일 수 있다. 관절 인터페이스(1702)는 IDM(1703)을 로봇 암(1701)에 연결한다. 연결 이외에도, 관절 인터페이스(1702)는 또한 공기압, 전력 신호, 제어 신호 및 피드백 신호를 암(1701) 및 IDM(1703)으로 전달할 수 있다.17A shows a portion of a robotic medical system including an actuator according to an embodiment of the present invention. The system 1700 includes a robot arm 1701, a joint interface 1702, an instrument device actuator (IDM) 1703, and a robotic catheter 1704. In some embodiments, the robot arm 1701 may be a linkage of a larger robot arm having multiple joints and links. The joint interface 1702 connects the IDM 1703 to the robot arm 1701. In addition to the connections, the joint interface 1702 may also communicate air pressure, power signals, control signals, and feedback signals to the arm 1701 and the IDM 1703.

IDM(1703)은 로봇 카테터(1704)를 구동 및 제어한다. 일부 실시예에서, IDM(1703)은 로봇 카테터(1704)를 제어하기 위해 출력 샤프트를 통해 전달된 각 운동을 사용한다. 후술되는 바와 같이, IDM(1703)은 기어 헤드, 모터, 로터리 엔코더, 전원 회로, 제어 회로를 포함할 수 있다.The IDM 1703 drives and controls the robotic catheter 1704. In some embodiments, the IDM 1703 uses angular movement transmitted through the output shaft to control the robotic catheter 1704. As described below, the IDM 1703 may include a gear head, a motor, a rotary encoder, a power supply circuit, and a control circuit.

로봇 카테터(1704)는 말단 팁 및 근위 단부를 갖는 샤프트(1709)를 포함할 수 있다. 제어 신호를 수신하고 IDM(1703)으로부터 구동하기 위한 툴 베이스(1710)가 샤프트(1709)의 근위 단부에 연결될 수 있다. 툴 베이스(1710)에 의해 수신된 신호를 통해 로봇 카테터(1704)의 샤프트(1709)가 출력 샤프트(1705, 1706, 1707 및 1708)(도 17b 참조)를 통해 로봇 카테터(1704)의 툴 베이스(1710)로 전달된 각 운동에 기초하여 제어되고, 조작되며, 유도될 수 있다.The robotic catheter 1704 may include a shaft 1709 having a distal tip and a proximal end. A tool base 1710 for receiving the control signal and driving it from the IDM 1703 may be connected to the proximal end of the shaft 1709. [ The shaft 1709 of the robotic catheter 1704 is coupled to the tool base 1704 of the robotic catheter 1704 via the output shafts 1705, 1706, 1707 and 1708 Controlled, manipulated, and guided based on angular movements imparted to the arms 1710,1710.

도 17b는 도 17a에 개시된 로봇 의료 시스템의 다른 도면을 도시한다. 도 17b에서, 로봇 카테터(1704)는 IDM(1703)으로부터 제거되어 출력 샤프트(1705, 1706, 1707, 1708) 출력 샤프트(1705, 1706, 1707, 1708)를 드러낸다. IDM(1703)의 외측 스킨/쉘을 제거하면 IDM 상단 커버(1711) 아래의 구성 요소가 드러난다.Figure 17b shows another view of the robotic medical system shown in Figure 17a. 17B, the robotic catheter 1704 is removed from the IDM 1703 to expose the output shafts 1705, 1706, 1707, 1708 and output shafts 1705, 1706, 1707, 1708. Removing the outer skin / shell of the IDM 1703 reveals the components beneath the IDM top cover 1711.

도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 장력 검출 장치를 구비하는 도 17a 및 도 17b의 독립 구동 메커니즘의 다른 도면을 도시한다. IDM(1703)의 단면도(1800)에서, 병렬 구동 유닛(1801, 1802, 1803 및 1804)은 IDM(1703)에서 구조적으로 가장 큰 구성 요소이다. 일부 실시예에서, 근위부터 원위 단부까지, 구동 유닛(1801)은 로터리 엔코더(1806), 모터(1805) 및 기어 헤드(1807)를 포함할 수 있다. 구동 유닛(1802, 1803, 1804)은 유사하게 구성되며, 상단 커버(1711) 아래에 기어 헤드와, 엔코더와, 모터를 포함한다. 일부 실시예에서, 구동 유닛에 사용된 모터는 브러쉬가 없는 모터이다. 다른 실시예에서, 모터는 직류 서보 모터일 수 있다.Figure 18 shows another view of the independent drive mechanism of Figures 17A and 17B with a tension sensing device in accordance with an embodiment of the present invention. In the cross-section 1800 of the IDM 1703, the parallel drive units 1801, 1802, 1803 and 1804 are the largest constituent elements in the IDM 1703. In some embodiments, from proximal to distal end, the drive unit 1801 may include a rotary encoder 1806, a motor 1805, and a gear head 1807. The drive units 1802, 1803, and 1804 are similarly configured, and include a gear head, an encoder, and a motor under the top cover 1711. In some embodiments, the motor used in the drive unit is a brushless motor. In another embodiment, the motor may be a DC servomotor.

로터리 인코더(1806)는 모터(1805)의 구동 샤프트의 각속도를 모니터링 및 측정한다. 일부 실시예에서, 로터리 인코더(1806)는 예비 로터리 인코더일 수 있다. 적절한 예비 인코더의 구조, 성능 및 사용은 2014년 8월 14일자로 제출된 미국 특허 가출원 제62/037,520호에 개시되어 있으며, 그 전체 내용은 참조로 인용된다.The rotary encoder 1806 monitors and measures the angular velocity of the drive shaft of the motor 1805. In some embodiments, the rotary encoder 1806 may be a preliminary rotary encoder. The structure, performance and use of a suitable pre-encoder is disclosed in U.S. Provisional Patent Application No. 62 / 037,520, filed August 14, 2014, the entire contents of which are incorporated herein by reference.

모터(1805)에 의해 생성된 토크는 모터(1805)의 회전자에 연결된 샤프트를 통해 기어 헤드(1807)에 전달될 수 있다. 일부 실시예에서, 기어 헤드(1807)는 회전 속도에 대해 모터 출력의 토크를 증가시키기 위해 모터(1805)에 부착될 수 있다. 유사하게는, 구동 유닛(1802, 1803, 1804)은 각각의 토크를 기어 헤드 샤프트(1706, 1707, 1708)를 통해 외부로 전달한다.The torque generated by the motor 1805 can be transmitted to the gear head 1807 through the shaft connected to the rotor of the motor 1805. [ In some embodiments, the gear head 1807 may be attached to the motor 1805 to increase the torque of the motor output relative to the rotational speed. Similarly, the drive units 1802, 1803, and 1804 transmit respective torques to the outside through the gear head shafts 1706, 1707, and 1708.

각각의 개별적인 구동 유닛은 그 말단부에서 모터 마운트에 결합될 수 있고 그 근위 단부를 향해 스트레인 게이지 마운트에 결합될 수 있다. 유사하게, 구동 유닛(1802)은 모터 마운트(1811)에 고정될 수 있고, 둘 다 스트레인 게이지 마운트(1810)에 고정될 수 있다. 일부 실시예에서, 구동 유닛(1802)은 무게를 줄이기 위해 모터 마운트(1809) 알루미늄으로 제작된다. 일부 실시예에서, 스트레인 게이지 마운트는 구동 유닛의 측면에 접착될 수 있다. 일부 실시예에서, 스트레인 게이지 마운트는 무게를 줄이기 위해 알루미늄으로 구성될 수 있다.Each individual drive unit may be coupled to the motor mount at its distal end and coupled to the strain gage mount toward its proximal end. Similarly, the drive unit 1802 can be fixed to the motor mount 1811, and both can be fixed to the strain gage mount 1810. In some embodiments, the drive unit 1802 is fabricated from a motor mount 1809 aluminum to reduce weight. In some embodiments, the strain gage mount may be glued to the side of the drive unit. In some embodiments, the strain gage mount may be constructed of aluminum to reduce weight.

전기 스트레인 게이지(1812 및 1813)는 스트레인 게이지 장착부(1810)에 포팅되어(potted) 납땜되고, 모터 장착부(1809 및 1811)에 각각 나사를 사용하여 부착된다. 유사하게, 구동 유닛(1803 및 1804)에 인접한 한 쌍의 변형 게이지(미도시)가 스트레인 게이지 마운트(1814)에 포팅되고 납땜되어 각각 나사를 사용하여 모터 마운트(1815 및 1816)에 부착된다. 일부 실시예에서, 전기 스트레인 게이지는 측면 스크류를 사용하여 각각의 모터 마운트에 제 위치에 고정될 수 있다. 예를 들어, 측면 스크류(1819)가 모터 장착부(1809)에 삽입되어 소정 위치에 스트레인 게이지(1812)를 유지할 수 있다. 일부 실시예에서, 전기 스트레인 게이지의 게이지 배선은 구동 장치의 임의의 수직 변형 또는 굴곡을 검출하기 위해 수직 배열될 수 있다. 이는 스트레인 게이지 마운트(1810)에 대한 모터 마운트(1809, 1811)에 의한 수평 변위로서 측정될 수 있다.Electrical strain gages 1812 and 1813 are potted and soldered to strain gage mount 1810 and attached to motor mounts 1809 and 1811, respectively, using screws. Similarly, a pair of strain gages (not shown) adjacent to drive units 1803 and 1804 are potted and soldered to strain gage mount 1814 and attached to motor mounts 1815 and 1816, respectively, using screws. In some embodiments, the electrical strain gage may be secured in position to each motor mount using side screws. For example, the side screw 1819 may be inserted into the motor mount 1809 to hold the strain gage 1812 in place. In some embodiments, the gauge wiring of the electrical strain gage may be vertically arranged to detect any vertical deformation or bending of the drive. This can be measured as the horizontal displacement by the motor mounts 1809, 1811 relative to the strain gage mount 1810.

스트레인 게이지 배선은 스트레인 게이지 마운트상의 회로로 라우팅될 수 있다. 유사하게, 스트레인 게이지(1813)는 스트레인 게이지 마운트(1810) 상에 또한 장착될 수 있는 회로 기판(1818)에 라우팅될 수 있다. 일부 실시예에서, 스트레인 게이지(1810)는 스트레인 게이지 마운트(1810)에 장착될 수 있다. 회로 기판(1817, 1818)은 각각 스트레인 게이지(1812, 1813)로부터의 신호를 처리 또는 증폭할 수 있다. 스트레인 게이지들(1812 및 1813)에 대한 회로 기판들(1817 및 1818)의 근접성은 더 정확한 판독들을 얻기 위해 신호대 잡음비를 감소시키는 것을 돕는다.The strain gage wiring can be routed to the circuit on the strain gage mount. Similarly, strain gage 1813 may be routed to circuit board 1818, which may also be mounted on strain gage mount 1810. In some embodiments, strain gage 1810 may be mounted to strain gage mount 1810. The circuit boards 1817 and 1818 may each process or amplify signals from the strain gages 1812 and 1813. The proximity of circuit boards 1817 and 1818 to strain gauges 1812 and 1813 helps to reduce the signal-to-noise ratio to obtain more accurate readings.

도 19a는 도 17a, 도 17b 및 도 18의 독립 구동 메커니즘의 다른 각도에서의 단면도이다. 도 19a에 도시된 바와 같이, 외부 쉘/스킨(1901)의 부분은 IDM(1703)의 내부를 드러내도록 절개되었다. 전술한 바와 같이, 구동 유닛(1801)은 모터(1805), 로터리 엔코더(1806) 및 기어 헤드(1807)를 포함한다. 구동 유닛(1801)은 모터 마운트(1809)에 결합되고 출력 샤프트(1705)가 원하는 각속도 및 토크로 구동될 수 있는 톱 커버(1711)를 통과한다. 모터 마운트(1809)는 측면 스크류를 사용하여 수직으로 정렬된 스트레인 게이지(1812)에 결합될 수 있다. 또한, 스트레인 게이지(1812)는 모터 마운트(1809)에 결합하는 것 이외에 스트레인 게이지 마운트(1810) 내로 포팅될 수 있다. 일부 실시예에서, 출력 샤프트(1705)는 기어 헤드 샤프트 상에 래버린스 씰(labyrinth seal)을 포함한다.19A is a cross-sectional view at different angles of the independent drive mechanisms of Figs. 17A, 17B and 18. Fig. As shown in FIG. 19A, a portion of the outer shell / skin 1901 was cut to reveal the interior of the IDM 1703. As described above, the drive unit 1801 includes a motor 1805, a rotary encoder 1806, and a gear head 1807. The drive unit 1801 is coupled to the motor mount 1809 and the output shaft 1705 passes through a top cover 1711 which can be driven at a desired angular velocity and torque. The motor mount 1809 can be coupled to the vertically aligned strain gauge 1812 using side screws. Strain gauge 1812 can also be ported into strain gage mount 1810 in addition to coupling to motor mount 1809. [ In some embodiments, the output shaft 1705 includes a labyrinth seal on the gearhead shaft.

도 19b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 로봇 카테터와 결합한 전술한 독립 구동 메커니즘의 단면도이다. 도 19b에 도시된 바와 같이, IDM(1703) 상에 장착된 로봇 카테터(1704)는 출력 샤프트(1705)와 동심을 이룰 수 있는 풀리(1902)와 같이 IDM(1703)의 출력 샤프트와 종방향으로 정렬된 풀리를 포함한다. 풀리(1902)는 정밀 절단 챔버 풀리(1902)가 챔버(1903) 내부에 견고하게 고정되지 않고 오히려 챔(1903)의 공간 내에 "떠있다".Figure 19b is a cross-sectional view of the above described independent drive mechanism in combination with a robotic catheter, in accordance with an embodiment of the present invention. 19B, the robotic catheter 1704 mounted on the IDM 1703 is coupled to the output shaft of the IDM 1703, such as a pulley 1902, which may be concentric with the output shaft 1705, And includes an aligned pulley. The pulley 1902 is not rigidly fixed within the chamber 1903 but rather is "floating" within the space of the chamber 1903.

풀리(1902)의 스플라인(spline)은 출력 샤프트(1705)상의 스플라인과 정렬 및 고정되도록 설계된다. 일부 실시예에서, 스플라인은 로봇 카테터가 IDM과 정렬되도록 하는 단일 방향으로만 있을 수 있도록 설계된다. 풀리(1902)가 출력 샤프트(1705)와 동심으로 정렬되는 것을 보장하는 반면, 풀리(1902)는 출력 샤프트(1705)와 정렬하여 플로팅 풀리(1902)를 위치 설정하고 축방향으로 유지하기 위해 자석(1904)의 사용을 통합할 수 있다. 샤프트(1705) 및 풀리(1902)는 로봇 카테터(1704) 내에서 풀 와이어를 긴장시켜 샤프트(1709)의 관절을 형성한다.The spline of the pulley 1902 is designed to align and fix with the spline on the output shaft 1705. In some embodiments, the spline is designed to be only in a single direction so that the robotic catheter is aligned with the IDM. While the pulley 1902 aligns with the output shaft 1705 to position and maintain the floating pulley 1902 in the axial direction while ensuring that the pulley 1902 is aligned concentrically with the output shaft 1705, 1904). ≪ / RTI > Shaft 1705 and pulley 1902 tighten the pull wires within robotic catheter 1704 to form the joints of shaft 1709.

도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 카테터로부터 풀 와이어를 구비 한 전술한 독립 구동 메커니즘의 다른 도면을 도시한다. 일부 실시예에서, 로봇 카테터는 샤프트를 관절 및 제어하기 위해 풀 와이어를 사용할 수 있다. 이러한 풀 와이어(2001, 2002, 2003 및 2004)는 IDM(1703)의 출력 샤프트(1705, 1706, 1707 및 1708)에 의해 인장되거나 느슨해질 수 있다. 따라서, 풀 와이어는 IDM(1703)의 제어 회로를 통해 로봇식으로 제어될 수 있다.Figure 20 shows another view of the above described independent drive mechanism with a pull wire from a robotic catheter in accordance with an embodiment of the present invention. In some embodiments, the robotic catheter may use pull wires to joint and control the shaft. These pull wires 2001, 2002, 2003 and 2004 may be pulled or loosened by the output shafts 1705, 1706, 1707 and 1708 of the IDM 1703. [ Accordingly, the pull wire can be robotically controlled through the control circuit of the IDM 1703. [

출력 샤프트(1705, 1706, 1707, 1708)가 각도 운동을 통해 인장 와이어(2001, 2002, 2003 및 2004)에 힘을 전달하는 것과 같이, 인장 와이어(2001, 2002, 2003 및 2004) 샤프트 및 모터 마운트와 드라이브 유닛에 전달된다. 예를 들어, 출력 샤프트로부터 멀어지는 방향으로 인장 와이어에 인가된 장력은 모터 마운트(1809 및 1811)를 잡아 당기는 힘을 발생시킨다. 이 힘은 도면 번호 1812 및 1813과 같은 스트레인 게이지에 의해 측정될 수 있는데, 스트레인 게이지는 모두 모터(1809, 1811)에 의해 변형되고 스트레인 게이지 마운트(1810)에 포팅된다.2002, 2003 and 2004) shafts and motor mounts (not shown) as output shafts 1705, 1706, 1707 and 1708 transmit forces to the tensioning wires 2001, 2002, And the drive unit. For example, the tension applied to the tensioning wire in a direction away from the output shaft generates a force pulling the motor mounts 1809 and 1811. [ This force can be measured by strain gauges such as 1812 and 1813, all of which are deformed by the motors 1809 and 1811 and are ported to the strain gage mount 1810.

도 21은 본 발명의 일 실시예에 따라 수평 힘이 힘에 수직으로 방향된 스트레인 게이지에 의해 어떻게 측정될 수 있는지를 나타내는 개념도를 도시한다. 도 21에 도시된 바와 같이, 힘(2101)은 출력 샤프트(2102)로부터 멀어질 수 있다. 출력 샤프트(2102)가 모터 마운트(2103)에 결합됨에 따라, 힘(2101)은 모터 마운트(2103)의 수평 변위를 초래한다. 따라서, 모터 마운트(2103) 및 접지(2105) 모두에 대해, 모터 마운트(2103)가 힘 게이지(2104)를 힘(2101)의 방향으로 구부러지게(변형을 일으켜) 일으킬 수 있다. 변형의 양은 스트레인 게이지(2104)의 팁의 수평 변위를 스트레인 게이지(2104)의 전체 수평 폭에 가하게 된다. 따라서, 스트레인 게이지(2104)는 궁극적으로 출력 샤프트(2102) 상에 인가된 힘(2101)을 측정할 수 있다.Figure 21 shows a conceptual diagram illustrating how a horizontal force can be measured by a strain gauge oriented perpendicular to a force in accordance with an embodiment of the present invention. As shown in Fig. 21, the force 2101 can be moved away from the output shaft 2102. Fig. As the output shaft 2102 is coupled to the motor mount 2103, the force 2101 causes a horizontal displacement of the motor mount 2103. Thus, for both the motor mount 2103 and the ground 2105, the motor mount 2103 can cause the force gauge 2104 to bend (deform) in the direction of the force 2101. The amount of deformation causes the horizontal displacement of the tip of the strain gage 2104 to be applied to the entire horizontal width of the strain gage 2104. Thus, the strain gage 2104 can ultimately measure the applied force 2101 on the output shaft 2102.

일부 실시예에서, 조립체는 경사계 또는 가속도계와 같은 기구 장치 조작기(1703)의 방향를 측정하는 장치를 포함할 수 있다. 스트레인 게이지와 함께 스트레인 게이지는 지면에 대한 방향으로 인한 중력 부하 영향에 민감할 수 있으므로 장치의 측정을 사용하여 스트레인 게이지에서 판독 값을 보정할 수 있다. 예를 들어, 기구 장치 조작기(1703)가 그 측면 상에 배향된 경우, 구동 장치의 중량은 변형이 출력 샤프트의 변형에 기인하지 않을지라도, 스트레인 게이지에 전달될 수 있는 모터 마운트 상에 변형을 생성할 수 있다.In some embodiments, the assembly may include an apparatus for measuring the orientation of an instrument device actuator 1703, such as an inclinometer or accelerometer. Strain gauges with strain gauges can be sensitive to gravity load effects due to direction to the ground, so measurements on the device can be used to correct readings on strain gauges. For example, when the instrument device actuator 1703 is oriented on its side, the weight of the drive device produces a strain on the motor mount that can be transmitted to the strain gage, even though the deformation is not due to deformation of the output shaft can do.

일부 실시예에서, 스트레인 게이지 회로 보드로부터의 출력 신호는 제어 신호를 처리하기 위해 다른 회로 보드에 연결될 수 있다. 일부 실시예에서, 전력 신호는 제어 신호를 처리하는 것에서 다른 회로 기판상의 구동 장치로 라우팅된다.In some embodiments, the output signal from the strain gauge circuit board may be coupled to another circuit board to process the control signal. In some embodiments, the power signal is routed from processing the control signal to a drive on the other circuit board.

전술한 바와 같이, 구동 유닛(1801, 1802, 1803, 1804) 내의 모터는 궁극적으로 출력 샤프트(1705, 1706, 1707, 1708)와 같은 출력 샤프트를 구동한다. 일부 실시예에서, 출력 샤프트는 일부 실시예에서, 배리어는 유체 진입을 방지하기 위해 출력 샤프트 주위에 래버린스 씰(도 19a의 1905)을 이용할 수 있다. 일부 실시예에서, 기어 헤드 샤프트의 말단부는 토크를 툴에 전달하기 위해 출력 샤프트로 덮일 수 있다. 일부 실시예에서, 출력 샤프트는 자기 컨덕턴스를 감소시키기 위해 스틸 캡에 클래딩될 수 있다. 일부 실시예에서, 출력 샤프트는 토크 전달을 돕기 위해 기어 헤드 샤프트에 고정될 수 있다.As described above, the motors in the drive units 1801, 1802, 1803, and 1804 ultimately drive output shafts such as output shafts 1705, 1706, 1707, and 1708. In some embodiments, the output shaft may, in some embodiments, utilize a labyrinth seal (1905 in Figure 19A) around the output shaft to prevent fluid ingress. In some embodiments, the distal end of the gearhead shaft may be covered with an output shaft to transmit torque to the tool. In some embodiments, the output shaft may be clad to the steel cap to reduce magnetic conductance. In some embodiments, the output shaft may be secured to the gearhead shaft to aid torque transmission.

기구 장치 메커니즘(1703)은 또한 외부 쉘/피부(1901)와 같은 쉘 또는 피부로 덮일 수 있다. 심미적으로 만족스러운 것 외에도, 쉘은 의료 과정 동안과 같이 작동 중에 유체 침투 보호를 제공한다. 일부 실시예에서, 쉘은 전자기 차폐, 전자기 호환성 및 정전기 방전 보호를 위한 캐스트 우레탄을 사용하여 구성될 수 있다.The mechanism mechanism 1703 may also be covered with a shell or skin, such as an outer shell / skin 1901. In addition to being aesthetically pleasing, the shell provides fluid penetration protection during operation, such as during a medical procedure. In some embodiments, the shell may be constructed using cast urethane for electromagnetic shielding, electromagnetic compatibility, and electrostatic discharge protection.

본 발명의 일 실시예에서, 개별적인 장력을 갖는 출력 샤프트 각각은 조종 가능한 카테터 기술을 사용하는 로봇 카테터에서 와이어를 당길 수 있다. 풀 와이어 내의 인장력은 출력 샤프트(1705, 1706, 1707, 1708)로 전달될 수 있으며, 모터 마운트(1809, 1811)와 같은 모터 마운트로 전달될 수 있다.In one embodiment of the invention, each of the output shafts having a respective tension can pull the wire from a robotic catheter using steerable catheter technology. The pulling force in the pull wires can be transferred to the output shafts 1705, 1706, 1707, 1708 and delivered to a motor mount, such as motor mounts 1809, 1811.

외과 및 내시경 제조.Surgical and endoscope manufacturing.

바람직한 실시예에서, 쉬스 및 내시경 장치는 조종 가능한 카테터 구성 방법을 사용하여 구성된다. 통상적으로, 조종 가능한 카테터는 브레이딩, 즉 브레이더 및 브레이드 와이어 상에 도포된 폴리머 재킷의 풀 내강으로 프로세스 심선 둘레에 와이어 또는 섬유, 즉 브레이드 와이어를 브레이팅함으로써 제조된다. 제조 중에, 공정 맨드렐은 통상적으로 편조 콘 튜브 및 브레이드 콘 홀더에 결합된 브레이더의 공급 튜브 내로 삽입될 것이다. 쓰레드가 있는 풀러를 사용하여 공정 맨드렐이 공급 튜브를 통해 전진한다. 공정 맨드렐이 진행됨에 따라 결국 노즈 콘의 중심 구멍을 통해 나온다. 노즈 콘은 주변의 혼 기어로부터의 편조 와이어가 편조 공정 동안 맨드렐 주위로 쉽게 활주할 수 있는 둥근 부드러운 형상을 제공한다. 노즈 콘은 통상 브레이드 콘 홀더에 고정된 고정 나사를 사용하여 브레이드 콘 홀더에 대해 축 방향 및 반경 방향으로 고정된 위치에 유지된다. 공정 맨드렐이 노즈 콘을 통해 당겨지면, 경적 기어는 맨드렐 주위로 병진 및 회전하여 소정의 패턴 및 밀도로 맨드렐 주위의 브레이드 와이어를 편조한다.In a preferred embodiment, the sheath and endoscopic device are constructed using a steerable catheter construction method. Typically, the steerable catheter is made by braiding wires or fibers, i. E. Braid wires, around the process core wire with a braiding, i. E. The braid, and the pool lumen of a polymer jacket applied on the braid wire. During manufacture, the process mandrel will typically be inserted into the braiding tube of the braid coupled to the braided cone tube and braided cone holder. Using a puller with a thread, the process mandrel advances through the supply tube. As the process mandrel progresses, it eventually emerges through the center hole of the nose cone. The nose cone provides a round smooth shape in which braided wires from the surrounding horn gears can slide easily around the mandrel during the braiding process. The nose cone is usually held in a fixed position in the axial and radial directions with respect to the braid cone holder using a set screw fixed to the braid cone holder. When the process mandrel is pulled through the nose cone, the horn gear translates and rotates around the mandrel to braid the braid wire around the mandrel in a predetermined pattern and density.

도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 나선형 내강을 갖는 카테터를 구성하는 방법의 흐름도이다. 시작하기 위해, 단계 2201에서, 주 공정 맨드렐이 작동 채널로 사용될 수 있는 중앙 내강을 위한 카테터 내에 공동을 생성하도록 선택될 수 있다. 보조 맨드렐은 제어 내강으로 사용하기 위해 카테터의 벽에 공동을 만들기 위해 선택될 수 있다. 주 공정 맨드렐은 작동 채널과 풀 내강 사이의 상대적 크기 차이를 반영하기 위해 보충 맨드렐보다 큰 외경(OD)을 나타낼 수 있다. 보충 맨드렐은 PTFE와 같은 윤활성 코팅으로 코팅되거나 코팅되지 않을 수 있는 금속 또는 열경화성 폴리머로 구성될 수 있다.22 is a flow chart of a method of constructing a catheter having a helical lumen according to an embodiment of the present invention. To begin, at step 2201, the primary process mandrel may be selected to create a cavity in the catheter for the central lumen that can be used as an actuation channel. An auxiliary mandrel may be selected to create a cavity in the wall of the catheter for use as a control lumen. The main process mandrel can exhibit a larger OD (OD) than the supplemental mandrel to reflect the relative size difference between the working channel and the pool lumen. The supplemental mandrel may be composed of a metal or a thermosetting polymer that may or may not be coated with a lubricous coating such as PTFE.

단계 2202에서, 주 공정 맨드렐은 고정된 브레이드 콘 튜브 및 브레이드 콘 홀더에 대해 회전하는 브레이더의 공급 튜브 내로 삽입될 수 있다. 유사하게, 보충 맨드렐은 주 공정 맨드렐에 평행한 방식으로 공급 튜브에 삽입될 수 있다. 통상적인 카테터 구조에서, 더 작은 보충 맨드렐은 브레이딩을 위해 경적 기어의 중심을 통과한다.In step 2202, the main process mandrel may be inserted into the supply tube of the rotating braider against the fixed braided cone tube and braided cone holder. Similarly, the supplementary mandrel may be inserted into the supply tube in a manner parallel to the main process mandrel. In a typical catheter configuration, a smaller filler mandrel passes through the center of the horn gear for braiding.

단계 2203에서, 트레드가 있는 풀러를 사용하여 주 공정 맨드렐이 공급 튜브를 통해 전진될 수 있다. 주 공정 맨드렐이 진행됨에 따라 결국 노즈 콘의 중심 구멍을 통해 나온다.In step 2203, the main process mandrel may be advanced through the feed tube using a fuller with a tread. As the main process mandrel progresses, it eventually emerges through the center hole of the nose cone.

유사하게, 보충 맨드렐은 노즈 콘의 외부 구멍을 통해 또한 빠져 나오도록 전진한다. 이것은 전통적인 카테터 구성과는 대조적으로 보완 맨드렐은 전형적으로 별도의 피드 튜브를 통해 진행되어 혼 엔진의 중심에서 나온다.Similarly, the replenishing mandrel advances through the outer hole of the nosecone to also exit. This is in contrast to traditional catheter configurations in which the complementary mandrel is typically advanced through a separate feed tube and out of the center of the horn engine.

단계 2204에서, 주 공정 맨드렐 및 보충 맨드렐은 노즈 콘을 통해 나오는 바와 같이 편조 와이어를 사용하여 함께 편조된다. 노즈 콘은 둥글고 부드러운 모양을 제공하며, 주변 혼(horn) 기어의 브레이드 와이어가 브레이드 프로세스 중에 주 공정 맨드렐 주위로 쉽게 미끄러질 수 있다. 주 공정 맨드렐과 보조 맨드렐이 모두 노즈 콘에서 나올 때, 노즈 콘이 회전하여 외부 홀의 보조 맨드렐이 주 공정 맨드렐 주위를 나선형으로 편조되도록 한다. 주 공정 맨드렐과 보조 맨드렐이 함께 편조됨에 따라, 혼 기어는 병진 및 회전하여 주 공정 맨드렐 및 보충 맨드렐 둘 다에 미리 정해진 패턴 및 밀도로 편조 와이어를 배치한다.In step 2204, the main process mandrel and the supplementary mandrel are braided together using a braided wire as coming through the nose cone. The nose cone provides a round, smooth shape and the braid wire of the surrounding horn gear can easily slide around the main process mandrel during the braiding process. When both the main mandrel and the auxiliary mandrel are out of the nosecone, the nosecone is rotated so that the auxiliary mandrel of the outer hole is helically braided around the main process mandrel. As the main process mandrel and auxiliary mandrel are braided together, the hone gears translate and rotate to place the braided wire in a predetermined pattern and density in both the main process mandrel and the replenishing mandrel.

이러한 편조 방법은 노즈 콘이 통상적으로 브레이드 콘 홀더에 고정된 고정 나사를 사용하여 브레이드 콘 홀더에 대해 방사상으로 고정된 위치에 유지되는 카테터 구성의 종래의 방법과 크게 다르다. 따라서, 나선형 제어 내강을 갖는 카테터를 제조하기 위해서는 브레이드 공정에 특별한 하드웨어가 필요하다.This braiding method is significantly different from the conventional method of catheter construction in which the nose cone is held in a radially fixed position relative to the braided cone holder using a set screw that is typically fixed to the braided cone holder. Thus, special hardware is required for the braid process to produce a catheter having a helical control lumen.

단계 2205에서, 편조 공정의 완료시에, 폴리머 코팅 또는 재킷을 쉬스 재료로 하고, 가열하고, 브레이징 복합체에 결합시킬 수 있다. 중합체 코팅은 과압출 또는 필름-캐스트 공정에 적용될 수 있다. 단계 2206에서, 접합 후에, 맨드렐은 편조된 합성물로부터 제거되어 카메라 및 조명 툴를 위한 중심 내강 또는 작동 채널(주 공정 맨드렐) 및 조종 제어를 위한 몇몇 제어 내강(보조 맨드렐)을 생성할 수 있다. 맨드렐을 제거한 후, 편조된 복합 재료는 완성될 수 있다(2207).At step 2205, upon completion of the braiding process, the polymer coating or jacket may be made of sheath material, heated and bonded to the brazing composite. The polymer coating can be applied to over-press or film-cast processes. In step 2206, after bonding, the mandrel may be removed from the braided composition to create a central lumen or actuation channel (main process mandrel) for the camera and illumination tool and some control lumens (auxiliary mandrel) for manipulation control . After removing the mandrel, the braided composite material may be finished (2207).

종래의 조향 가능한 카테터 구조에서, 보다 작은 보충 맨드렐이 주 공정 맨드렐 상으로 편조하기 위해 혼 기어의 중심을 통과한다. 테프론으로 코팅된 폴리이미드로 구성되는 보조 맨드렐은 노즈 콘을 통해 당겨질 때 주 공정 맨드렐에 브레이딩할 수 있다. 대안적으로, 보충 맨드렐이 중심 구멍을 둘러싸는 노즈 콘의 작은 구멍을 통과할 수 있다는 것은 당업계에 공지되어 있다. 주 공정 맨드렐이 노즈 콘을 통해 당겨지면, 소형의 보충 맨드렐이 노즈 콘에서 당겨질 때 주 공정 맨드렐에 꼰 수 있다.In a conventional steerable catheter structure, a smaller replenishing mandrel passes through the center of the horn gear to braid onto the main process mandrel. The auxiliary mandrel, made of polyimide coated with Teflon, can be braided to the main process mandrel when pulled through the nose cone. have. Alternatively, it is known in the art that the replenishing mandrel can pass through a small hole in the nose cone surrounding the center hole. When the main process mandrel is pulled through the nose cone, it can be twisted onto the main process mandrel when the small supplementary mandrel is pulled from the nose cone.

보조 맨드렐을 제자리에 유지하기 위해, 제2 층의 브레이드 와이어가 보충 맨드렐을 부착 한 후에 주 공정 맨드렐 상에 놓이는 것이 전형적이다. 편조 공정이 완료되면, 폴리머 코팅 또는 재킷을 피복하고 가열하고 편조 복합체에 결합시킬 수 있다. 결합 후 맨드렐은 일반적으로 꼰 합성물에서 제거되어 카메라 및 조명 툴 용 중앙 내강(주 공정 맨드렐)과 조종 제어용 여러 제어 내강(보조 맨드렐)을 만든다. 이 제조 방법은 중심축에 종방향으로 평행한 제어 내강을 갖는 내시경을 초래한다. 앞서 논의한 바와 같이, 종방향으로 평행한 내강에서 텐던에 긴장을 갖는 카테터식 내시경은 근력 및 곡선 정렬 현상을 나타낸다.To keep the ancillary mandrel in place, the braid wire of the second layer is typically placed on the primary process mandrel after attaching the supplemental mandrel. Once the braiding process is complete, the polymer coating or jacket can be coated and heated and bonded to the braided composite. After bonding, the mandrel is generally removed from the braided composite to create a central lumen (main process mandrel) for camera and lighting tools and several control lumens (auxiliary mandrel) for manipulation control. This manufacturing method results in an endoscope having a control lumen longitudinally parallel to the central axis. As discussed above, catheter-type endoscopes with tension in the tendon in longitudinally parallel lumen exhibit muscle and curve alignment phenomena.

따라서, 나선형 제어 내강을 갖는 카테터식 내시경을 제조하기 위해 편조 공정에 특별한 하드웨어가 요구된다. 그러한 하드웨어의 한 부분은 일부 실시예에서 회전 피드 튜브 또는 "하이포 튜브"에 고정식으로 결합되는 특수 회전 노즈 콘이다. 도 23은 본 발명의 일 실시예에 따라, 가요성 쉬스, 카테터 및/또는 내시경에서 나선형 내강을 제조하기 위한 특수화된 노즈 콘을 도시한다. 주 공정 맨드렐(2301)이 노즈 콘(2300)을 통해 당겨지는 것과 동시에 노즈 콘(2300)을 회전시킴으로써, 보조 맨드렐(2302, 2303 및 2304)이 보충 구멍(2305, 2306, 2306)을 통해 맨드렐(2301) 혼 기어가 주 공정 맨드렐(2301) 둘레에 편조 와이어를 편조하는 것과 유사하게 중심 홀(2308)을 둘러싸는 각각의 홀(2307, 2307)을 포함한다.Thus, special hardware is required for the braiding process to produce a catheter-type endoscope having a helical control lumen. Part of such hardware is a special rotating nose cone that is fixedly coupled to a rotating feed tube or "hypotube" in some embodiments. Figure 23 illustrates a specialized nose cone for making a spiral lumen in a flexible sheath, catheter and / or endoscope, in accordance with an embodiment of the present invention. The auxiliary mandrels 2302, 2303 and 2304 are rotated through the replenishment holes 2305, 2306 and 2306 by rotating the nose cone 2300 simultaneously with the main process mandrel 2301 being pulled through the nose cone 2300. [ The mandrel 2301 hitch gear includes respective holes 2307 and 2307 surrounding the center hole 2308 similar to braiding a braided wire around the main process mandrel 2301.

도 24는 본 발명의 일 실시예에 따른 가요성 쉬스 및 내시경을 제조하기 위한 시스템을 도시한다. 시스템(2400)에서, 노즈 콘(2401)은 노즈 콘(2401)을 피드 튜브(2402)에 대해 고정된 위치에 유지시키는 고정 나사를 사용하여 회전 공급 튜브(2402)에 고정식으로 결합될 수 있다. 따라서, 노즈 콘(2401)은 공급 튜브 회전한다. 대조적으로, 종래의 시스템은 전형적으로 노즈 콘(2401)을 회전하지 않는 브레이드 콘 지지 홀더(2405)에 고정식으로 결합시키는 고정 나사를 사용한다. 노즈 콘(2401)의 중심 구멍(2403)은 주 공정 맨드렐(2404)을 양 구조를 통해 부드럽게 당기기 위해 회전하는 공급 튜브(2402)와 정렬될 수 있다. 대조적으로, 종래의 시스템은 노즈 콘(2401)을 브레이드 콘 지지 홀더(2405)에 고정하는 고정 나사를 사용했다. 일부 실시예에서, 회전 공급 튜브(2402)는 브레이드 콘 튜브(2406)의 중심 구멍(2403)의 원주 공간보다 큰 내부 직경을 갖는 주 공급관(2402)을 포함한다. 회전 공급 튜브(2402)는 일반적으로 주 공정 맨드렐(2404) 및 보충 맨드렐이 얽히지 않고 노즈 콘(2401)을 통과한다. 일부 실시예에서, 회전 공급 튜브(2402)는 브레이더의 혼 기어의 중심을 통과하기에 충분히 길다. 일부 실시예에서, 회전 공급 튜브(2402)는 공급 튜브(2402)를 통과하여 노즈 콘(2401) 주위의 보충 구멍으로 통과할 보충 맨드렐을 위한 재료의 보빈을 유지할 수 있는 기구에 부착될 수 있다.24 illustrates a system for manufacturing a flexible sheath and an endoscope according to an embodiment of the present invention. In system 2400, nose cone 2401 may be fixedly coupled to rotating feed tube 2402 using a set screw that holds nose cone 2401 in a fixed position relative to feed tube 2402. Thus, the nose cone 2401 rotates the supply tube. In contrast, conventional systems typically use a set screw to securely couple the nose cone 2401 to the non-rotating braided cone support holder 2405. The center hole 2403 of the nose cone 2401 can be aligned with the rotating supply tube 2402 to gently pull the main process mandrel 2404 through both structures. In contrast, in the conventional system, a fixing screw for fixing the nose cone 2401 to the braided cone support holder 2405 was used. In some embodiments, the rotating supply tube 2402 includes a main supply tube 2402 having an inner diameter larger than the circumferential space of the center hole 2403 of the braided cone tube 2406. The rotation feed tube 2402 generally passes through the nose cone 2401 without entangling the main process mandrel 2404 and the supplementary mandrel. In some embodiments, the rotating feed tube 2402 is long enough to pass through the center of the horn gear of the braider. In some embodiments, the rotating feed tube 2402 may be attached to a mechanism that can maintain a bobbin of material for the replenishing mandrel to pass through the feed tube 2402 and into the replenishment hole around the nosecone 2401 .

일부 실시예에서, 공급 튜브(2402)는 공급 튜브(2402)의 회전 속도 및 노즈 콘(2401)의 회전을 제어하는 구동 메커니즘에 부착될 수 있다. 일부 실시예에서, 구동 메커니즘은 회전 편조기가 주 공정 맨드렐(2404) 둘레에 편조 와이어(2408)를 편조하기 때문에, 구동 메커니즘은 브레이더 자체에 맞춰지거나 또는 독립적으로 제어되어 회전 공급 튜브(2402)의 회전 속도를 일정하게 유지한다. 회전 속도 및 편조율은 주 공정 맨드렐(2404) 상의 보충 맨드렐의 피치를 결정할 것이다. 전술한 바와 같이, 이는 가요성, 강성 및 "가압력"에 영향을 줄 수 있다.In some embodiments, the supply tube 2402 may be attached to a drive mechanism that controls the rotational speed of the supply tube 2402 and the rotation of the nose cone 2401. In some embodiments, because the drive mechanism brazes the braided wire 2408 around the primary process mandrel 2404, the drive mechanism is aligned with the braider itself or is independently controlled to form the rotation feed tube 2402 ) Is kept constant. The rotational speed and knitting rate will determine the pitch of the replenishing mandrel on the main process mandrel 2404. [ As described above, this can affect the flexibility, stiffness and "pressing force ".

또 다른 실시예에서, 풀 내강의 원주 방향을 변화시키는 것은 내시경의 나선형 섹션의 강성을 변화시킬 수 있다. 제조 과정에서 이것은 보충적으로 나선형인 맨드렐의 피치를 변경하여 이루어진다. 맨드렐의 피치(즉, 종방향 축선에 대한 각도)가 감소함에 따라, 편조된 복합체의 굽힘 강성이 증가한다. 반대로, 보충 맨드렐의 피치가 증가함에 따라, 굽힘 강성은 감소한다. 일부 실시예에서, 보조 맨드렐의 피치는 나선형 부분(1010) 내에서 변경될 수 있다. 이들 실시예에서, 편조된 복합체의 굽힘 강성은 나선형 부분 내에서도 변할 수 있다.In another embodiment, changing the circumferential direction of the pool lumen can change the stiffness of the spiral section of the endoscope. In the manufacturing process this is done by changing the pitch of the supplementally helical mandrel. As the pitch of the mandrel decreases (i.e., the angle to the longitudinal axis), the bending stiffness of the braided composite increases. Conversely, as the pitch of the supplementary mandrel increases, the bending stiffness decreases. In some embodiments, the pitch of the ancillary mandrel may be varied within the spiral portion 1010. In these embodiments, the flexural stiffness of the braided composite may vary within the spiral portion.

편조 공정 동안, 편조 기계는 편조된 복합체를 변경하기 위해 정지될 수 있다. 일부 실시예에서, 하나의 변경은 직선 또는 보강 봉의 추가일 수 있다. 보강 로드는 브레이딩 적층 복합 재료의 버클링, 축방향 및 굽힘 강성을 크게 증가시킬 수 있다. 보강 로드는 환자의 신체에 삽입될 수 있도록 장치의 버클링을 줄이기 위해 특수 버클링 방지 또는 수동 보조가 필요한 긴 내시경에 특히 유용하다. 일부 실시예에서, 편조 기계는 노즈 콘의 구멍으로부터 공정 맨드렐로 당겨질 수 있는 보강 로드를 선택적으로 편조하도록 구성될 수 있으며, 보강 로드는 브레이드 와이어에 의해 포획되어 제 위치에 고정된다. 최종 내시경의 말초 영역에 보강 봉이 없는 것은 근위 단부에서의 강성을 증가시키면서 말단부에서의 장치의 가요성을 보존한다. 이러한 특성들의 조합은 결과적인 내시경이 의사가 환자의 내강 내로 가이드하고, 삽입하고, 밀어 넣기 쉽게한다.During the braiding process, the braiding machine may be stopped to change the braided composite. In some embodiments, one modification may be the addition of a straight line or a stiffening rod. The reinforcing rod can greatly increase buckling, axial and bending stiffness of the braided laminated composite. Reinforcement rods are particularly useful for long endoscopes that require special buckling prevention or manual assistance to reduce buckling of the device so that it can be inserted into a patient's body. In some embodiments, the braiding machine may be configured to selectively brace a reinforcement rod that can be pulled from a hole in the nose cone into the process mandrel, wherein the reinforcement rod is captured and secured in place by the braid wire. The lack of reinforcement rods in the distal region of the endoscope preserves the flexibility of the device at the distal end while increasing the stiffness at the proximal end. A combination of these properties allows the resulting endoscope to guide, insert, and push into the lumen of the patient.

회전 노즈 콘에서 홀을 사용하여 주 공정 맨드렐 상에 보충 맨드렐을 적용하는 것은 다수의 제조 이점을 제공한다. 노즈 콘에 구멍을 사용하면 맨드렐이 혼 기어에서 밀려 나지 않는다. 편조 와이어를 직조하는 역할을 하는 개별 혼 기어의 중심으로부터 맨드렐을 밀면 맨드렐이 편조 와이어와 직조되어 결과적으로 편조 매트릭스를 종방향으로 제 위치에 고정시킨다. "0도 공사"로 알려진 이 공사 양식은 제조업체가 바람직한 가요성 또는 후프 강도를 위해 편조 모재를 조정하는 기능을 제한한다. 0도 시공시, 보조 맨드렐은 반드시 브레이드에 의해 "오버 언더 방식"으로 제한되어 모든 시계 방향으로 편조된 브레이드 와이어가 보충 맨드렐의 "위로" 엮여지며 모든 반시계 방향의 브레이드 와이어는 "아래 보충 맨드렐. 0도 구조가 반경 방향으로 보조 맨드렐을 잠그기 때문에 주 공정 맨드렐을 따라 보충 맨드렐의 피치를 변경해야 하는 경우에는 바람직하지 않다.Applying the replenishing mandrel on the main process mandrel using the holes in the rotating nose cone provides a number of manufacturing advantages. If a hole is used in the nose cone, the mandrel is not pushed out of the horn gear. Pushing the mandrel from the center of the individual horn gear, which serves to weave the braided wire, the mandrel is woven with the braided wire resulting in fixing the braid matrix in position in the longitudinal direction. This construction, known as "zero construction", limits the ability of the manufacturer to adjust the braid base for the desired flexibility or hoop strength. At zero construction, the auxiliary mandrel must be limited to "over-under" by the braid, so that all braid wires braided in the clockwise direction are "woven" up the braid mandrel and all counter-clockwise braid wires are " It is not desirable if the pitch of the replenishing mandrel must be changed along the main process mandrel because the 0 degree structure locks the auxiliary mandrel in the radial direction.

부가적으로, 보충 맨드렐에 대한 통로로서 혼 기어의 사용은 주 공정 맨드렐에 적용될 수 있는 보충 맨드렐의 수를 제한한다. 예를 들어, 16개의 캐리어 브레이더는 최대 8개의 맨드렐을 적용할 수 있으며, 24개의 캐리어 브레이더는 최대 12개의 맨드렐만 가질 수 있다. 대조적으로, 노즈 콘에서 구멍을 사용하면 임의의 수의 맨드렐을 주 공정 맨드렐로 통과시킬 수 있다.Additionally, the use of a horn gear as a passageway to the replenishing mandrel limits the number of replenishing mandrels that can be applied to the primary processing mandrel. For example, a maximum of eight mandrels can be applied to sixteen carrier braids, and a maximum of twelve mandrels can be provided to twenty four carrier braids. In contrast, using a hole in the nose cone allows any number of mandrels to pass through the main process mandrel.

일부 실시예에서, 보충 맨드렐은 제2 외부 와이어 편조층의 연결 없이 주 공정 맨드렐에 적용될 수 있다. 대신, 보조 맨드렐은 브레이드 와이어 없이 적용될 수 있다. 이들 구체적인 예시에서, 결합/융합된 중합체 재킷은 맨드렐을 보유할 수 있고, 따라서 제 위치에서 내강을 유지할 수 있다. 대안적으로, 일부 구현 양태에서, 맨드렐은 편조된 복합체 주위의 주조를 사용하여 적소에 유지될 수 있다. 외측 편조 층이 제조 내시경 장치에 없기 때문에, 장치 단면의 직경 및 원주가 감소된다. 대안적으로, 보충 맨드렐은 폴리머 맨드렐을 공정 맨드렐 위에 슬리브시킴으로써 제 위치에 고정될 수 있다. 일부 실시예에서, 주조물은 내시경 장치용 쉬스 재료와 동일한 재료이다.In some embodiments, the supplemental mandrel can be applied to the primary process mandrel without the connection of the second outer wire braid layer. Instead, the auxiliary mandrel can be applied without braid wires. In these specific examples, the bonded / fused polymer jacket can hold the mandrel and thus maintain the lumen in place. Alternatively, in some embodiments, the mandrel can be held in place using casting around the braided composite. Since the outer braided layer is not present in the manufacturing endoscope device, the diameter and circumference of the device cross section are reduced. Alternatively, the supplementary mandrel may be secured in place by sleeveing the polymer mandrel over the process mandrel. In some embodiments, the cast is the same material as the sheath material for an endoscopic device.

일부 실시예에서, 보충 맨드렐은 브레이드 와이어와 매우 유사하게 메인 공정 맨드렐 상에 편조될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 보충 맨드렐은 짝수 혼 기어를 사용하여 편조될 수 있으며 홀수 혼 기어를 사용하여 편조 와이어에 의해 제자리에 고정된다. 이러한 방식으로, 보충 맨드렐 및 따라서 내강은 중심 내강의 벽으로 직조될 수 있다. 추가적인 이점으로서, 이 수단을 사용하여 제조된 실시예는 또한 보다 낮은 원주 영역을 갖는 경향이 있다.In some embodiments, the supplementary mandrel can be braided on the main process mandrel very much like a braid wire. For example, in some embodiments, The mandrel can be braided using an even horn gear and is held in place by a braided wire using an odd horn gear. In this way, the supplementary mandrel and thus the lumen can be woven into the wall of the central lumen. As an additional advantage, embodiments made using this means also tend to have lower circumferential regions.

다르게는, 일부 실시예에서, 나선형 내강 구조는 압출된 몰드를 사용하여 제조될 수 있다. 이러한 금형은 나선형 내강 구조를 생성하여 PTFE, pebax, 폴리 우레탄 및 나일론으로 재킷을 제조한다. 일부 실시예에서, 압출 구조는 편조 맨드렐 주위의 몰드를 사용하여 형성될 수 있다.Alternatively, in some embodiments, the spiral lumen structure may be fabricated using an extruded mold. These molds create a spiral lumen structure to make jackets from PTFE, pebax, polyurethane and nylon. In some embodiments, the extrusion structure may be formed using a mold around the braided mandrel.

일부 실시예에서, 나선형 내강 구조는 주 공정 맨드렐이 브레이더를 통해 인출될 때 이를 회전시킴으로써 수행될 수 있다. 노즈 콘 대신에 주 공정 맨드렐을 회전시킴으로써, 보조 맨드렐은 고정 노즈 콘을 통해 또는 브레이징 공정 동안 혼 기어의 중심을 통해 인출될 수 있다. 이 실시예에서, 노즈 콘은 노즈 콘 홀더에 고정식으로 결합될 수 있고 주 공정 맨드렐은 노즈 콘을 통해 인출될 때 회전된다.In some embodiments, the spiral lumen structure can be performed by rotating the main process mandrel as it is drawn through the braider. By rotating the main process mandrel instead of the nose cone, the auxiliary mandrel can be drawn through the center of the hinge gear either through the fixed nose cone or during the brazing process. In this embodiment, the nose cone can be fixedly coupled to the nose cone holder and the main process mandrel is rotated when it is withdrawn through the nose cone.

도 10a, 도 10b 및 도 10c의 가요성 내시경(1100), 도 11a 및 도 11b의 쉬스는 실질적으로 동일하다. 따라서, 당업자는 두 가지 툴 모두에 동일한 원리가 적용된다는 것을 이해할 것이다.The sheaths of the flexible endoscope 1100, Figs. 11A and 11B in Figs. 10A, 10B and 10C are substantially the same. Thus, one of ordinary skill in the art will appreciate that the same principles apply to both tools.

일부 실시예에서, 나선형 내강은 서로 등거리에 위치될 수 있다. 도 25는 본 발명의 일 실시예에 따라 풀 내강이 장치의 원주 둘레에서 대칭적으로 배치되는가요성 내시경 장치의 단면도를 도시한다. 도 25에 도시된 바와 같이, 장치(2500)는 중앙 작동 채널(2501), 작동 채널(2501) 주위 및 외부 재킷(2506) 내에서 대칭으로 이격된 4개의 풀 내강(2502, 2503, 2504 및 2505)을 포함한다.In some embodiments, the spiral lumens may be positioned equidistant from each other. Figure 25 illustrates a cross-sectional view of a flexible endoscope device in which a pool lumen is symmetrically disposed about the circumference of the device in accordance with one embodiment of the present invention. 25, the apparatus 2500 includes four central lumens 2502, 2503, 2504 and 2505 spaced symmetrically around the central actuation channel 2501, the actuating channel 2501 and within the outer jacket 2506, ).

일부 실시예에서, 나선형이지만, 내강 및 풀 와이어는 쉬스 및/또는 가요성 내시경의 원주 둘레에서 서로 균일하게 또는 등거리로 분포될 수 없다. 일부 적용예에서, 모든 내강 및 풀 와이어를 쉬스 및 내시경의 동일한 측면 또는 반구 영역(예를 들어, 상부 대 바닥 반구체) 상에 그룹화함으로써 더 작은 외부 직경이 허용된다.In some embodiments, spiral but lumen and pull wires can not be distributed uniformly or equidistantly with one another about the circumference of the sheath and / or flexible endoscope. In some applications, smaller outer diameters are allowed by grouping all lumens and pull wires on the same side or hemisphere region (e.g., top vs. bottom hemisphere) of the sheath and endoscope.

도 26a는 본 발명의 일 실시예에 따라 풀 내강이 장치의 원주 둘레에서 대칭으로 배열되지 않은 가요성 내시경 장치의 단면도를 도시한다. 도 25의 장치(2500)와 유사한 장치(2600)는 작동 채널(2601), 4개의 풀 내강(2602, 2603, 2604 및 2605) 및 외부 재킷(2606)을 갖는다. 일부 실시예에서, 작동 채널은 니티놀과 같은 가요성 금속 합금으로 생성되는 중공 튜브로써 생성될 수 있다.Figure 26A shows a cross-sectional view of a flexible endoscope device in which the pool lumen is not arranged symmetrically about the circumference of the device in accordance with an embodiment of the present invention. An apparatus 2600 similar to apparatus 2500 of Fig. 25 has an operating channel 2601, four pool lumens 2602, 2603, 2604 and 2605, and an outer jacket 2606. In some embodiments, the actuation channel may be created with a hollow tube that is made of a flexible metal alloy, such as Nitinol.

그러나, 외부 재킷(2606)의 원주에 의해 도시된 바와 같이, 서로로부터 등거리로 배열되기보다는, 풀 내강(2602, 2603, 2604 및 2605)은 함께 그룹화되어 장치의 외경을 감소시킨다. 풀 내강은 작동 채널(2601)의 원주 둘레에서 서로 등거리가 아니기 때문에, 장치(2600)에 도시된 장치에서 풀 내강을 나선형으로 만드는 것은 여전히, 예를 들어, 근육 또는 곡선 정렬 현상을 피하는 나선형의 이점을 나타낸다. 장치(2600)의 풀 내강은 작동 채널(2601) 주위에서 서로 인접하여 배치되지만, 다른 실시예는 동일한 반구 내에 이격되거나, 함께 클러스터되거나, 다른 배치와 같은 상이한 패턴으로 배치될 수 있다. 재킷(2606)은 플라스틱 또는 장치(2600)의 제조 중에 연신, 결합 또는 용융될 수 있는 임의의 다른 재료로 생성될 수 있다.However, as shown by the circumference of the outer jacket 2606, the pool lumens 2602, 2603, 2604 and 2605 are grouped together to reduce the outer diameter of the device, rather than being equidistant from one another. Because the pool lumens are not equally spaced about the circumference of the actuating channel 2601, making the pool lumens spiral in the apparatus shown in the apparatus 2600 is still advantageous, for example, because of the helical advantages of avoiding muscle or curvature alignment phenomena . Although the pool lumens of the device 2600 are disposed adjacent to one another around the actuating channel 2601, other embodiments may be spaced within the same hemisphere, clustered together, or arranged in different patterns, such as other arrangements. The jacket 2606 may be made of plastic or any other material that can be drawn, bonded, or melted during manufacture of the apparatus 2600.

도 26b는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 26a에 개시된 가요성 내시경 장치(2600)의 등각도를 도시한다. 도 26b에 도시된 바와 같이, 내강(2602, 2603, 2604 및 2605)은 작동 채널(2601) 주위에 나선을 그린다. 일부 실시예에서, 나선형 풀 내강의 피치는 장치(2600)로부터의 강성 및 굴곡 가요성과 같은 원하는 특성을 얻기 위해 변경될 수 있다(도 26b).Figure 26B shows an isometric view of the flexible endoscope device 2600 shown in Figure 26A according to one embodiment of the present invention. As shown in FIG. 26B, lumens 2602, 2603, 2604, and 2605 draw a spiral around actuating channel 2601. In some embodiments, the pitch of the spiral pull lumen may be varied to obtain the desired properties, such as stiffness and flexural flexibility from the device 2600 (Fig. 26B).

도 27은 본 발명의 일 실시예에 따른, 디바이스(2600)를 제조하는 방법에 대한 흐름도를 도시한다. 단계 2701에 도시된 바와 같이, 제조 공정(2700)은 공작물에 대한 백본(backbone)을 선택하는 것으로 시작한다. 일부 구체적인 예시에서, 백본은 피하 내(hypodermic) "하이포(hypo)" 튜브 또는 니티놀 튜브와 같은 중공 튜브일 수 있다. 당업자는 튜브형 구조가 축방향 강성 및 낮은 굽힘 강성을 동시에 나타내기 때문에 튜브 재료가 바람직할 수 있음을 인식할 것이다. 또한 튜브는 광학, 흡인, 관개 및 제어와 같은 유용한 툴 및 케이블을 삽입할 수 있는 작동 채널을 제공한다. 일부 실시예에서, 백본은 조종 가능한 가이드 와이어(articulable guidewire)로서 사용하기 위한 것과 같은 솔리드 로드(solid rod)일 수 있다.Figure 27 illustrates a flow diagram of a method of manufacturing device 2600, in accordance with an embodiment of the present invention. As shown in step 2701, the manufacturing process 2700 begins with selecting a backbone for the workpiece. In some specific examples, the backbone may be a hypodermic " hypo "tube or a hollow tube such as a nitinol tube. Those skilled in the art will appreciate that tube material may be desirable because the tubular structure simultaneously exhibits axial stiffness and low bending stiffness. The tube also provides an operating channel through which useful tools and cables such as optics, suction, irrigation and control can be inserted. In some embodiments, the backbone may be a solid rod, such as one for use as a navigable guidewire.

백본의 선택에 이어서, 단계 2702에서, (하나 이상의) 공정 맨드렐은 원하는 피치로 백본 주위에서 나선형으로 될 수 있다. 일부 구체적인 예시에서, 공정 맨드렐은 단계(2705) 동안 용이하게 제거하기 위해 폴리 테트라 플루오르 에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE)으로 코팅될 수 있다. 나선형 맨드렐의 피치는 고정되거나 동적일 수 있어, 용도에 따라 상이한 벤딩 및 강성을 허용한다. 피치가 낮을수록 즉, 백본의 중심축에 종방향으로 평행하게 되면, 인장력 하에서 축방향 압력이 낮아지고, 또한 증가된 근력 및 곡선 정렬 현상을 나타낸다. 더 높은 피치 나선은 일반적으로 근력과 축 정렬 현상을 감소시키고 장력 하에서 축방향 압축을 증가시킨다.Following selection of the backbone, in step 2702, the process mandrel (s) may be spiraled around the backbone at a desired pitch. In some specific examples, the process mandrel may be coated with polytetrafluoroethylene (PTFE) to facilitate removal during step 2705. [ The pitch of the helical mandrel can be fixed or dynamic, allowing different bending and stiffness depending on the application. As the pitch is lower, that is, parallel to the central axis of the backbone in the longitudinal direction, the axial pressure under tension is lowered, and also exhibits increased strength and curvature alignment. Higher pitch helix generally reduces strength and axial alignment and increases axial compression under tension.

단계 2703에서, 백본 및 하나 이상의 나선형 맨드렐을 포함하는 결과적인 공작물이 쉬스되거나 "재킷"으로 덮일 수 있다. 일부 실시예에서, 재킷은 단순한 압출 튜브 또는 쉬스이다. 피복 수단의 선택은 중요할 수 있다. 쉬스가 우발적으로 백본 주변의 공정 맨드렐의 피치를 변경시킬 수 있기 때문이다. 일부 실시예에서, "쉬딩(sheathing)" 공정은 주조, 증착, 확대 압출, 또는 당 업계에 공지된 임의의 다른 수단에 의해 달성될 수 있다.At step 2703, the resulting workpiece, including the backbone and one or more helical mandrels, may be shezed or covered with a "jacket ". In some embodiments, the jacket is a simple extruded tube or sheath. The choice of sheathing means may be important. The sheath can accidentally change the pitch of the process mandrel around the backbone. In some embodiments, a "sheathing" process may be accomplished by casting, deposition, extrusion extrusion, or any other means known in the art.

단계 2704에서, 쉬딩 공정으로부터 아직 접합되지 않았다면, 재킷이 작동 편에 접합될 수 있다. 이는 당업자에게 공지된 임의의 수의 공정을 사용하여 공작물에 용융, 성형 또는 결합하는 것을 포함할 수 있다. 일단 접합되면 재킷은 프로세스 맨드렐을 제 위치에 고정시킬 수 있다.At step 2704, the jacket may be bonded to the operating piece, if not already bonded from the sheeting process. This may involve melting, shaping, or bonding to the workpiece using any number of processes known to those skilled in the art. Once bonded, the jacket can secure the process mandrel in place.

단계 2705에서, 본딩 공정이 완료되면, 나선형 공정 맨드렐이 제거되어 작동 편의 길이를 따라 길이 방향으로 움직이는 나선형 인장 내강 공동, 즉 내강을 생성할 수 있다. 단계 2706에서, 맨드렐의 제거 후에, 풀 와이어는 나머지 공동으로 나사 결합될 수 있다. 작동 시, 풀 와이어는 내시경 장치를 관절 연결시키기 위한 풀 와이어를 용이하게 하는데 사용될 수 있다.At step 2705, upon completion of the bonding process, the helical process mandrel is removed to create a helical tension lumen cavity, i.e., lumen, that moves longitudinally along the length of the operating piece. In step 2706, after removal of the mandrel, the pull wire may be threaded into the remaining cavity. In operation, the pull wire may be used to facilitate pull wires to articulate the endoscope device.

방법 2700은 브레이딩(braiding)을 사용하지 않으므로, 비교적 작은 외경을 갖는 공작물 및 장치의 구성을 제공하며, 이는 소형 기구, 예를 들어 미세 수술 어플리케이션을 필요로 하는 영역에 도달하기에 적합할 수 있다. 전술한 제조 방법은 다양한 크기 및 외경의 장치에 적용될 수 있지만, 바람직한 실시예는 일반적으로 2mm 미만의 외경을 갖는다.Since method 2700 does not use braiding, it provides a construction of a workpiece and apparatus with a relatively small outer diameter, which may be suitable for reaching areas that require a miniature instrument, for example a microsurgical application . Although the above-described manufacturing method can be applied to devices of various sizes and diameters, the preferred embodiment generally has an outer diameter of less than 2 mm.

결과적인 공작물을 내시경 장치에 통합하는 것은 공작물 재킷을 굽히거나 툴 팁과 같은 다른 구성 요소의 외부 재킷에 용융, 성형, 결합 및 주조함으로써 달성될 수 있다. 일부 실시예에서, 백본은 증가된 굴곡 반경에 대한 리브 및 툴 및 제어 전선에 대한 종방향으로 정렬된 공동과 같은 인접한 미세 수술 굴곡 툴를 위한 구조를 포함할 수 있다.Integrating the resulting workpiece into an endoscopic device can be accomplished by bending the workpiece jacket or by melting, molding, bonding and casting the outer jacket of another component such as a tool tip. In some embodiments, the backbone may include structures for adjacent microsurgical bending tools, such as ribs and tools for increased bending radii and longitudinally aligned cavities for control wires.

내강경 탐색.My hardness search.

본 발명의 일 실시예에서, 해부학적 내강을 통한 로봇 카테터의 탐색은 저선량 전산화 단층 촬영(computerized tomography, CT) 스캔에 의해 생성된 2차원 이미지의 집합에 기초한 컴퓨터 생성 3차원 지도의 사용을 포함할 수 있다. 환자의 내부 해부학의 단면을 나타내는 각각의 2차원 CT 스캔은 수술 전의 절차 중에 수집될 수 있다. 이러한 스캔을 분석하여 폐의 기관지 또는 요도의 경로와 같은 환자의 충치 및 해부학적 공간을 결정할 수 있다.In one embodiment of the invention, the search for a robotic catheter through an anatomical lumen involves the use of a computer-generated three-dimensional map based on a set of two-dimensional images generated by low-dose computed tomography (CT) scans . Each two-dimensional CT scan showing a cross-section of the patient's internal anatomy can be collected during the pre-operative procedure. These scans can be analyzed to determine the patient's cavity and anatomical space, such as the path of the bronchi or urethra in the lung.

환자 내의 관련 해부학적 공간을 결정하기 위해 분석된 후, 공간은 3차원 공간에서 중심선 좌표, 즉 내강의 중심을 나타내는 좌표를 갖는 내강으로 표현될 수 있다. 이러한 캐비티의 체적은 각 중심선 좌표에서 직경 거리의 특정 측정값으로 나타낼 수 있다. 중심선과 해당 지름 거리 측정값을 추적하여 3차원 내강의 컴퓨터 생성 모델을 생성할 수 있다. 그리드 좌표 데이터는 환자의 해부체를 나타내는 3차원 공간과 충치를 표현하는 데 사용될 수 있다.After being analyzed to determine the associated anatomical space within the patient, the space may be represented by a luminal having coordinates in the center space in the three-dimensional space, i.e., the center of the lumen. The volume of such a cavity can be represented by a specific measurement of the diameter distance at each centerline coordinate. A computer generated model of the 3D lumen can be created by tracking the centreline and corresponding diameter distance measurements. Grid coordinate data can be used to represent the three-dimensional space and cavity representing the patient's anatomy.

도 28a 및 도 28b는 중심선 좌표, 직경 측정치 및 해부학적 공간 사이의 관계를 도시한다. 도 28a에 도시된 바와 같이, 해부학적 내강(2800)은 중심선 좌표(2801, 2802, 2803, 2804, 2805 및 2806)에 의해 종방향으로 대략적으로 추적될 수 있으며, 여기서 각각의 중심선 좌표는 대략 내강의 중심을 근사한다. "중심선"(2807)에 의해 도시된 바와 같이 이들 좌표를 연결함으로써, 내강이 시각화될 수 있다. 내강의 부피는 각 중심선 좌표에서 내강의 직경을 측정함으로써 추가로 시각화될 수 있다. 따라서, 도면 번호 2808, 2809, 2810, 2811, 2812 및 2813은 좌표(2801, 2802, 2803, 2804, 2805 및 2806)에서 내강(2800)의 측정을 나타낸다.Figures 28A and 28B show the relationship between centerline coordinates, diameter measurements and anatomical space. 28A, the anatomical lumen 2800 can be roughly traced longitudinally by centerline coordinates 2801, 2802, 2803, 2804, 2805, and 2806, wherein each centerline coordinate is approximately the lumen . By connecting these coordinates as shown by "centerline" 2807, lumen can be visualized. The volume of the lumen can be further visualized by measuring the diameter of the lumen at each centerline coordinate. Thus, reference numerals 2808, 2809, 2810, 2811, 2812 and 2813 represent measurements of lumen 2800 at coordinates 2801, 2802, 2803, 2804, 2805 and 2806.

도 28b에 도시된 바와 같이, 내강(2800)은 중심선(2807)에 기초하여 3차원 공간에서 중심선 좌표(2801, 2802, 2803, 2804, 2805 및 2806)를 먼저 위치시킴으로써 3차원 공간에서 시각화될 수 있다. 각 중심선 좌표에서, 직경(2808, 2809, 2810, 2811, 2812 및 2813)을 갖는 2차원 원형 공간으로 시각화된다. 3차원으로 이들 2차원 원형 공간을 연결함으로써, 내강(2800)은 3차원 모델(2814)로 근사될 수 있다. 근사는 중심선 좌표 및 측정의 해상도를 증가시킴으로써, 즉 주어진 내강 또는 서브 섹션에 대한 중심선 좌표 및 측정의 밀도를 증가시킴으로써 결정될 수 있다. 중심선 좌표에는 병변을 포함하여 의사의 관심 지점을 나타내는 표식도 포함될 수 있다.28B, lumen 2800 can be visualized in a three-dimensional space by first positioning centerline coordinates 2801, 2802, 2803, 2804, 2805 and 2806 in a three-dimensional space based on centerline 2807 have. In each centerline coordinate, it is visualized as a two-dimensional circular space having diameters 2808, 2809, 2810, 2811, 2812 and 2813. [ By connecting these two-dimensional circular spaces in three dimensions, lumen 2800 can be approximated by three-dimensional model 2814. The approximation can be determined by increasing the centerline coordinates and the resolution of the measurement, i. E. Increasing the centerline coordinates and the density of the measurement for a given lumen or subsection. Centerline coordinates may also include a marker indicating the physician's point of interest, including lesions.

해부학적 공간의 3차원 모델을 표현하고, 이어서 생성하여, 수술 전 소프트웨어 패키지는 또한 생성된 모듈에 기초하여 최적의 탐색 경로를 분석하고 유도할 수 있다. 예를 들어, 소프트웨어 패키지는 단일 병변(중심선 좌표로 표시) 또는 여러 병변에 대한 최단 경로를 유도할 수 있다. 이 경로는 작동자의 선호도에 따라 2차원 또는 3차원으로 작동자에게 제공될 수 있다.The three-dimensional model of the anatomical space is then expressed and generated, and the pre-surgical software package can also analyze and derive the optimal search path based on the generated module. For example, a software package can derive a single lesion (represented by the centerline coordinates) or a shortest path to multiple lesions. This path can be provided to the operator in two or three dimensions depending on operator preference.

도 29는 본 발명의 일 실시예에 따른, 해부학적 공간을 나타내는 컴퓨터 생성 3차원 모델을 도시한다. 앞서 논의한 것처럼, 모델(2900)은 수술 전 CT 스캔을 검토하여 얻어진 중심선(2901)을 사용하여 생성될 수 있다. 일부 실시예에서, 컴퓨터 소프트웨어는 카테터 시스템을 위한 최적 경로(2902)를 모델(2900) 내의 수술 위치(2903) 및 그에 대응하는 해부학적 공간에 액세스하도록 맵핑할 수 있다. 일부 실시예에서, 수술 위치(2903)는 컴퓨터 알고리즘이 카테터 시스템에 대한 최적 경로(2902)에 대한 모델(2900)의 중심선을 위상적으로 검색할 수 있게 하는 개별 중심선 좌표(2904)에 링크될 수 있다.29 illustrates a computer generated three-dimensional model representing an anatomical space, in accordance with an embodiment of the present invention. As discussed above, the model 2900 may be created using a centerline 2901 obtained by reviewing the pre-operative CT scan. In some embodiments, the computer software may map the optimal path 2902 for the catheter system to access the surgical site 2903 and its corresponding anatomical space within the model 2900. In some embodiments, the surgical site 2903 may be linked to a separate centerline coordinate 2904 that allows the computer algorithm to topologically retrieve the centerline of the model 2900 for an optimal path 2902 for the catheter system have.

환자의 신체 구조 내에서 로봇 카테터의 말단부를 추적하고, 그 위치를 컴퓨터 모델 내의 배치에 맵핑함으로써, 카테터 시스템의 탐색 능력을 향상시킨다. 로봇 카테터의 원위 작동 단부, 즉 작동 단부의 "위치 파악"을 추적하기 위해, 다수의 접근법이 개별적으로 또는 조합되어 사용될 수 있다.By tracking the distal end of the robotic catheter within the body structure of the patient and mapping the position to placement within the computer model, the retrieval capability of the catheter system is enhanced. A number of approaches may be used individually or in combination to track the "locating" of the distal, working end of the robotic catheter.

국부화에 대한 센서 기반 접근에서, 전자기(EM) 추적기와 같은 센서는 로봇 카테터의 진행을 실시간으로 알려주기 위해 로봇 카테터의 원위 작동 단부에 결합될 수 있다. EM 기반 추적에서 로봇 카테터에 내장된 EM 추적기는 하나 이상의 정적 EM 송신기에 의해 생성된 전자기장의 변화를 측정한다. 송신기(또는 필드 생성기)는 환자 가까이에 배치하여 낮은 강도의 자기장을 생성할 수 있다. 이것은 EM 추적기의 센서 코일에 작은 전류를 유도하며 센서와 발전기 사이의 거리와 각도와 관련이 있다. 전기 신호는 인터페이스 장치(온-칩(on-chip) 또는 PCB)에 의해 디지털화되어 케이블/배선을 통해 시스템 카트와 명령 모듈로 다시 전송될 수 있다. 그런 다음 데이터를 처리하여 현재 데이터를 해석하고 송신기를 기준으로 센서의 정확한 위치와 방향을 계산할 수 있다. 카테터의 다른 위치, 예를 들어 리더와 쉬스에서 여러 센서를 사용하여 해당 구성 요소의 개별 위치를 계산할 수 있다. 따라서 인위적으로 생성된 EM 필드의 판독값을 기반으로 EM 추적기는 환자의 해부체를 통과할 때 전계 강도의 변화를 감지할 수 있다.In a sensor-based approach to localization, a sensor, such as an electromagnetic (EM) tracker, may be coupled to the distal working end of the robotic catheter to notify the progress of the robotic catheter in real time. In EM based tracing, the EM tracker embedded in the robotic catheter measures changes in the electromagnetic field generated by one or more static EM transmitters. A transmitter (or field generator) may be placed near the patient to create a low intensity magnetic field. This induces a small current in the sensor coil of the EM tracker and is related to the distance and angle between the sensor and the generator. The electrical signal can be digitized by the interface device (on-chip or PCB) and sent back to the system cart and command module via cable / wiring. The data can then be processed to interpret the current data and calculate the exact position and orientation of the sensor relative to the transmitter. Different positions of the catheter, for example, a reader and a sheath, can be used to calculate the individual positions of the components. Thus, based on the readings of an artificially generated EM field, the EM tracker can sense a change in field strength as it passes through a patient's anatomy.

도 30은 본 발명의 일 실시예에 따른, 전자기장 발생기와 결합하여 전자기 추적기를 이용하는 로봇 카테터 시스템을 도시한다. 로봇 시스템(3000)이 로봇으로 구동되는 카테터(3001)를 환자(3002)로 유도할 때, 로봇 카테터(3001)의 원위 단부에 전자기(EM) 추적기(3003)는 EM 필드 생성기(3004)에 의해 생성된 EM 필드를 검출할 수 있다. EM 추적기(3003)은 로봇 카테터(3001)의 샤프트를 따라 시스템 카트(3005)로 전달될 수 있고 해석 및 분석을 위한 명령 모듈(3006)(관련 소프트웨어 모듈, 중앙 처리 장치, 데이터 버스 및 메모리를 포함함)에 전송될 수 있다. EM 추적기(3003)로부터의 판독값을 사용하여, 디스플레이 모듈들(3007)은 작동자(3008)에 의한 검토를 위해 미리 생성된 3차원 모델 내에 EM 추적기의 상대 위치를 디스플레이할 수 있다. 실시예들은 또한 다른 타입의 센서들, 광학 모양 센서. 다양한 센서가 트래킹에 사용될 수 있지만, 센서의 선택은 (i) 로봇 카테터 내의 센서의 크기 및 (ii) 로봇 카테터 내로의 센서의 제조 및 통합 비용에 기초하여 본질적으로 제한될 수 있다.Figure 30 illustrates a robotic catheter system using an electromagnetic tracker in combination with an electromagnetic field generator, in accordance with an embodiment of the present invention. The electromagnetic tracker 3003 at the distal end of the robotic catheter 3001 is driven by the EM field generator 3004 when the robot system 3000 leads the robot driven catheter 3001 to the patient 3002 The generated EM field can be detected. The EM tracker 3003 may be communicated to the system cart 3005 along the shaft of the robotic catheter 3001 and may include a command module 3006 (including associated software modules, central processing unit, data bus and memory) for analysis and analysis Lt; / RTI > Using the readings from the EM tracker 3003, the display modules 3007 can display the relative position of the EM tracker within the pre-generated three-dimensional model for review by the operator 3008. [ Embodiments may also include other types of sensors, optical shape sensors. Although various sensors may be used for tracking, the choice of sensor can be inherently limited based on (i) the size of the sensor in the robotic catheter and (ii) the manufacturing and integration cost of the sensor into the robotic catheter.

환자의 해부학 구조를 통해 센서를 추적하기 전에, 추적 시스템은 "좌표계"로 알려진 프로세스를 요구할 수 있으며, 여기서 시스템은 상이한 좌표계들 사이에서 단일 물체를 정렬하는 기하학적 변환을 알아낸다. 예를 들어, 환자의 특정 해부학적 위치는 CT 모델 좌표와 EM 센서 좌표에서 두 가지 다른 표현을 가진다. 이러한 좌표 시스템들 간에 일관성 및 공통 언어를 확립할 수 있으려면, 시스템은 이 두 표현(즉, 등록)을 연결하는 변환을 찾아야 한다. 즉, EM 필드 발생기의 위치에 대한 EM 추적자의 위치는 대응하는 3차원 모델에서 위치를 격리하기 위해 3차원 좌표계에 맵핑될 수 있다.Before tracking the sensor through the patient's anatomy, the tracking system may require a process known as a "coordinate system, " wherein the system finds a geometric transformation that aligns a single object between different coordinate systems. For example, a patient's specific anatomical location has two different representations in CT model coordinates and EM sensor coordinates. To be able to establish consistency and common language among these coordinate systems, the system must look for transforms that connect these two representations (ie, registrations). That is, the position of the EM tracer relative to the position of the EM field generator may be mapped to a three-dimensional coordinate system to isolate the position in the corresponding three-dimensional model.

일부 실시예에서, 등록은 여러 단계로 수행될 수 있다. 도 31은 본 발명의 일 실시예에 따른 등록 프로세스에 대한 흐름도이다. 시작하기 위해, 단계 3101에서, 작동자는 우선 로봇 카테터의 작동 단부를 공지된 시작 위치에 위치시켜야 한다. 카테터 카메라의 비디오 이미지 데이터를 사용하여 시작 위치를 확인할 수 있다. 초기 위치 설정은 카테터의 작동 단부에 위치한 카메라를 통해 해부학적 특징을 확인함으로써 수행될 수 있다. 예를 들어, 기관지 내시경 검사에서 왼쪽 및 오른쪽 폐에 대한 2개의 주요 기관지를 위치시킴으로써 구별되는 기관의 베이스을 위치시킴으로써 등록이 수행될 수 있다. 이 위치는 카테터의 말단부에서 카메라에 의해 수신된 비디오 이미지를 사용하여 확인될 수 있다. 일부 실시예에서, 비디오 데이터는 환자의 신체 구조의 미리 생성된 컴퓨터 모델의 상이한 단면도와 비교될 수 있다. 단면도를 통해 정렬함으로써, 시스템은 차이, 또는 "오류"가 가장 적은 단면과 연관된 위치를 식별하여 "매치(match)"를 찾을 수 있다.In some embodiments, registration may be performed in several steps. 31 is a flowchart of a registration process according to an embodiment of the present invention. To begin, at step 3101, the operator first places the working end of the robotic catheter in the known starting position. The start position can be confirmed using the video image data of the catheter camera. Initial positioning can be accomplished by identifying anatomical features through a camera located at the operative end of the catheter. For example, registration can be performed by locating the bases of the organs that are distinguished by locating the two major bronchi for the left and right lungs in bronchoscopy. This position can be confirmed using the video image received by the camera at the distal end of the catheter. In some embodiments, the video data may be compared to different sections of a pre-generated computer model of a patient's body structure. By sorting through a section, the system can find a "match" by identifying a location that is associated with a section, or a section with the fewest "errors. &Quot;

단계 3102에서, 작동자는 이미 맵핑된 독특한 해부학 공간으로 로봇 카테터를 "구동" 또는 "연장"할 수 있다. 예를 들어, 기관지 내시경 검사에서, 기관은 기관 베이스에서 독특한 기관지 경로로 카테터를 움직일 수 있다. 기관의 베이스는 2개의 기관지로 나뉘어 있기 때문에, 작동자는 로봇 카테터를 하나의 튜브로 구동하고 EM 추적기를 사용하여 로봇 카테터의 작동 단부를 추적할 수 있다.In step 3102, the operator can "drive" or "extend" the robotic catheter into a unique anatomical space that is already mapped. For example, in bronchoscopy, the organs can move the catheter from the organ base to a unique bronchial route. Since the base of the organ is divided into two bronchi, the operator can drive the robot catheter into one tube and track the working end of the robotic catheter using the EM tracker.

단계 3103에서, 작동자는 로봇 카테터의 상대 이동을 모니터링한다. 로봇 카테터의 모니터링은 EM 추적기 또는 형광 투시법을 사용하여 로봇 카테터의 상대적인 이동을 결정할 수 있다. 로봇 카테터의 작동 단부의 상대 변위 평가는 수술 전 CT 스캔 데이터에서 생성된 컴퓨터 모델과 비교될 수 있다. 일부 실시예에서, 상대 이동은 컴퓨터 모델의 중심선과 매칭될 수 있으며, 변환 매트릭스가 최소 에러로 유도하는 것은 정확한 등록이다. 일부 실시예에서, 시스템 및 작동자는 가속도계 및/또는 자이로스코프(후술됨)로부터 삽입 데이터(후술됨) 및 방향 데이터를 추적할 수 있다.At step 3103, the operator monitors the relative movement of the robotic catheter. Monitoring of the robotic catheter can determine the relative movement of the robotic catheter using an EM tracker or fluoroscopy. The relative displacement evaluation of the working end of the robotic catheter can be compared to the computer model generated from pre-operative CT scan data. In some embodiments, the relative movement can be matched with the centerline of the computer model, and it is an accurate registration that the transformation matrix leads to a minimum error. In some embodiments, the system and the operator can track the insertion data (described below) and directional data from the accelerometer and / or the gyroscope (described below).

단계 3104에서, 작동자는 위치 데이터를 비교하고 분석하기 전에 더 많은 해부학적 공간(3102)으로 이동하고 더 많은 위치 정보를 수집하도록 결정할 수 있다. 예를 들어, 기관지 내시경 검사에서, 작동자는 하나의 기관지 튜브에서 카테터를 회수하여 기관 튜브를 뒤로 밀고 더 많은 위치 데이터를 수집하기 위해 카테터를 다른 기관지로 이동시킨다. 충족될 경우, 작동자는 구동을 멈추고(3102) 위치 데이터를 모니터링하고(3103) 데이터 처리를 진행할 수 있다.At step 3104, the operator may decide to move to more anatomical spaces 3102 and collect more position information before comparing and analyzing position data. For example, in bronchoscopy, an operator retrieves a catheter from one bronchial tube, pushes it back, and moves the catheter to another bronchus to collect more position data. If satisfied, the operator may stop driving (3102), monitor position data (3103) and proceed with data processing.

단계 3105에서, 시스템은 수집된 위치 데이터를 분석하고 환자의 해부체 내의 카테터의 변위를 모델에 등록하기 위해 데이터를 미리 생성된 컴퓨터 모델과 비교할 수 있다. 따라서 환자의 해부체에서의 이동을 환자의 해부체의 3차원 모델과 비교하여 시스템은 3차원 컴퓨터 모델과 환자 해부학적 공간인 두 공간 모두에 대해 추적기를 등록할 수 있다. 분석 후에, 등록 프로세스는 완료될 수 있다(3106).In step 3105, the system may analyze the collected position data and compare the data to a pre-generated computer model to register the catheter displacement in the patient ' s anatomy with the model. Thus, by comparing the movement of the patient in the anatomy with the 3D model of the patient's anatomy, the system can register a tracker for both the three-dimensional computer model and the patient anatomical space. After the analysis, the registration process may be completed 3106.

일부의 경우에는, 로봇 카테터의 방향을 확인하기 위해 "롤 등록(roll registration)"을 수행할 필요가 있을 수 있다. 이것은 등록되지 않은 해부학 공간으로 들어가기 전에 단계 3101에서 특히 중요할 수 있다. 기관지 내시경 검사에서적절한 수직 방향은 작동자가 오른쪽과 왼쪽 기관지를 구별할 수 있다. 예를 들어, 기관 베이스 내에서, 좌측 및 우측 기관지의 이미지는 카메라가 0도 또는 180도를 지향하는지 여부에 관계없이 매우 유사하게 보일 수 있다. 로봇 카테터의 기구학적 구조가 전형적으로 환자 내에서의 굴곡진 경로의 탐색 중에 약간의 회전을 초래하기 때문에 롤 등록이 중요할 수도 있다.In some cases, it may be necessary to perform "roll registration" to identify the orientation of the robotic catheter. This may be particularly important at step 3101 before entering the unregistered anatomical space. In bronchoscopy, the appropriate vertical orientation allows the operator to distinguish between the right and left bronchi. For example, within the organ base, the images of the left and right bronchi can be seen very similar regardless of whether the camera is aimed at 0 degrees or 180 degrees. Roll registration may be important because the kinematic structure of the robotic catheter typically results in a slight rotation during navigation of the curved path in the patient.

롤 등록은 작동 채널이 센서에 의해 점유될 수 있는 경우 수술 위치에서 중요할 수 있다. 예를 들어, 단 하나의 작동 채널을 갖는 실시예에서, 수술 부위에 도달하면, 의사는 그래스터(grasper) 또는 포셉과 같은 다른 툴을 사용하기 위해 로봇 카테터로부터 EM 트래커를 제거할 필요가 있을 수 있다. 그러나 제거 시 시스템은 EM 추적기 없이 현지화 기능을 잃을 수 있다. 따라서, 수술 영역을 떠날 준비가 될 경우, EM 추적기를 삽입하면 적절한 방향을 보장하기 위해 롤 등록이 다시 수행되어야 할 수도 있다.Roll registration can be important in the surgical position if the actuation channel can be occupied by the sensor. For example, in an embodiment with only one actuation channel, once the surgical site is reached, the physician may need to remove the EM tracker from the robotic catheter to use another tool, such as a grasper or forceps have. However, upon removal, the system may lose its localization capability without an EM tracker. Thus, if you are ready to leave the surgical area, inserting an EM tracker may require you to perform roll registration again to ensure proper orientation.

일부 실시예에서, 로봇 카테터의 회전은 장치의 원위 작동 단부 내에 장착된 가속도계를 사용하여 추적될 수 있다. 카테터에서 중력을 감지하기 위해 가속도계를 사용하면 로봇 카테터의 위치와 관련된 정보가 제공된다. 카테터에 상대적인 지면의 위치는 특정한 모호성을 해결하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 기관지 내시경에서 카테터의 말단 카메라의 방향(0도 또는 180도)을 알면 시작 시 적절한 기관지 결정에 도움이 된다. 탐색 중, 가속도계의 데이터는 중력의 방향 및 방향을 추적하기 위해 컨트롤 콘솔에 표시된 카메라 이미지를 자동 수정하여 표시된 이미지가 항상 수직으로 향하게 할 수 있다.In some embodiments, rotation of the robotic catheter may be tracked using an accelerometer mounted within the distal working end of the device. Using an accelerometer to sense gravity in the catheter provides information related to the location of the robotic catheter. The position of the ground relative to the catheter may be used to resolve certain ambiguities. For example, knowing the direction (0 degrees or 180 degrees) of the end camera of the catheter in the bronchoscope is helpful in determining proper bronchial initiation. During navigation, the accelerometer data can automatically correct the camera image displayed on the control console to track the direction and direction of gravity so that the displayed image is always vertically oriented.

바람직한 실시예에서, 가속도계를 갖는 3-축 MEMS-기반 센서 칩은 카테터의 팁 부근에서 디지털 카메라와 동일한 인쇄 회로 기판 상에 결합될 수 있다. 가속도계는 세 개의 다른 축을 따라 선형 가속도를 측정하여 카테터 팁의 속도와 방향을 계산한다. 또한 가속도계는 중력의 방향을 측정하므로 카테터의 방향에 대한 절대적인 정보를 제공한다. 가속도계 판독값은 I2C와 같은 통신 프로토콜을 통해 디지털 또는 아날로그 신호를 사용하여 전송된다. 신호는 배선을 통해 카테터의 근위 단부로 전달될 수 있으며, 이는 처리를 위해 시스템 카트 및 명령 모듈로 전달될 수 있다.In a preferred embodiment, a three-axis MEMS-based sensor chip with an accelerometer can be coupled onto the same printed circuit board as the digital camera near the tip of the catheter. The accelerometer measures the linear acceleration along three different axes to calculate the velocity and direction of the catheter tip. Accelerometers also measure the direction of gravity and thus provide absolute information about the direction of the catheter. Accelerometer readings are transmitted using digital or analog signals over a communication protocol such as I2C. The signal can be passed through the wire to the proximal end of the catheter, which can be delivered to the system cart and command module for processing.

3-축 센서에서, 가속도계는 카테터에 대한 지면의 위치를 결정할 수 있다. 카테터가 회전하지 않거나 90도까지 구부리지 않으면 2축 가속도계가 유용할 수도 있다. 대안적으로, 가속도계의 축이 중력의 방향에 수직으로, 즉 지면에 수직으로 유지되는 경우, 1-축 센서가 유용할 수 있다. 또는 회전 속도를 측정하기 위해 자이로스코프를 사용할 수 있으며, 이를 카테터의 관절을 계산하는 데 사용할 수 있다.In a three-axis sensor, the accelerometer can determine the position of the ground relative to the catheter. A two-axis accelerometer may be useful if the catheter does not rotate or bend to 90 degrees. Alternatively, a 1-axis sensor may be useful if the axis of the accelerometer is perpendicular to the direction of gravity, i. E. Perpendicular to the plane of the ground. Alternatively, a gyroscope can be used to measure rotational speed, which can be used to calculate the joint of the catheter.

일부 실시예는 가속도계로부터의 임의의 방향 판독을 보완하기 위해 가속도계와 함께 EM 추적기를 사용한다. 일부 실시예에서, 로봇 카테터를 추적하기 위해 형광 투시법을 사용하여 등록 프로세스를 보완할 수도 있다. 당업계에 공지된 바와 같이, 형광 투시법은 X선을 사용하여 형광 투시 장치의 사용을 통해 환자의 내부 구조의 실시간 동영상을 얻는 이미징 기술이다. 형광 투시법에 의해 생성된 2차원 스캔은 특정 상황에서의 국부화(예를 들어, 관련된 기관지의 식별)를 도울 수 있다.Some embodiments use an EM tracker in conjunction with an accelerometer to compensate for any directional readings from the accelerometer. In some embodiments, fluoroscopy may be used to supplement the registration process to track the robotic catheter. As is well known in the art, fluoroscopy is an imaging technique that uses X-rays to obtain a real-time video of a patient's internal structure through the use of fluoroscopic devices. Two dimensional scans generated by fluoroscopy can help localize in certain situations (e.g., identification of the involved bronchi).

형광 투시법을 이용한 추적은 카테터상의 복수의 방사선 불투과성 마커를 사용하여 수행될 수 있다. 카테터의 많은 기능은 카메라 머리, 제어 링 및 풀 와이어를 포함하여 x-선으로 자연적으로 불투명하다. 따라서, 카테터의 금속성 구성 요소와 함께 마커 위치는 3차원 변환 매트릭스를 얻기 위해 사용될 수 있다. 등록이 이루어지면 지점 위치를 감지하는 시각적 이미지가 3차원 모델과 정확하게 연관될 수 있다. 또한, 3차원의 전체 가지 길이와 분기 위치를 지도에서 측정하고 향상시킬 수 있다.Tracing using fluoroscopy can be performed using a plurality of radiopaque markers on the catheter. Many functions of the catheter are naturally opaque to x-rays, including camera heads, control rings and pull wires. Thus, the marker position with the metallic component of the catheter can be used to obtain a three-dimensional transformation matrix. Once the registration is made, the visual image sensing the point location can be accurately associated with the 3D model. In addition, it is possible to measure and improve the overall trunk length and branching position on a map.

센서 기반 접근법과 대조적으로, 비전 기반 추적은 말단 장착 카메라에 의해 생성된 이미지를 사용하여 로봇 카테터의 위치를 결정하는 것을 포함한다. 예를 들어, 기관지 내시경에서, 특징 추적 알고리즘은 기관지 경로에 대응하는 원형 구조를 식별하고 그 지형의 이미지에서 이미지로의 변화를 추적하는 데 사용될 수 있다. 이미지 간에 이동할 때 이러한 피쳐의 방향을 추적함으로써 시스템은 카메라의 상대적인 회전 및 병진 이동뿐만 아니라 선택된 분기를 결정할 수 있다. 기관지 경로의 위상 지도를 사용하면 시력 기반 알고리즘을 더욱 향상시킬 수 있다.In contrast to the sensor-based approach, vision-based tracking involves determining the position of the robotic catheter using images generated by end-mounted cameras. For example, in bronchoscopy, a feature tracking algorithm can be used to identify a circular structure corresponding to a bronchial pathway and track the change from image to image of the terrain. By tracking the orientation of these features as they move from one image to another, the system can determine the relative rotation and translation of the camera as well as selected branches. Using a topological map of the bronchial pathway can further improve the vision-based algorithm.

특징 기반 추적 이외에도, 광학 흐름과 같은 이미지 프로세싱 기술이 또한 기관지 내시경에서기도 위상의 가지를 식별하는데 사용될 수 있다. 광학 흐름은 비디오 시퀀스에서 한 이미지에서 다른 이미지로의 이미지 픽셀의 변위이다. 기관지 내시경과 관련하여 스코프 팁에서 수신된 카메라 이미지의 변화를 기반으로 스코프 팁의 이동을 추정하는 데 광학 흐름을 사용할 수 있다. 구체적으로, 일련의 비디오 프레임에서, 각 프레임은 한 프레임에서 다음 프레임으로의 픽셀의 변환을 검출하기 위해 분석될 수 있다. 예를 들어, 주어진 프레임의 픽셀이 다음 프레임의 왼쪽으로 이동하는 것으로 보이는 경우 알고리즘은 카메라와 범위의 끝이 오른쪽으로 이동했다고 추론한다. 많은 반복에 걸쳐 많은 프레임을 비교함으로써 스코프의 이동(결국, 위치)이 결정될 수 있다.In addition to feature-based tracking, image processing techniques such as optical flow can also be used to identify the branches of the airway phase in the bronchoscope. Optical flow is the displacement of an image pixel from one image to another in a video sequence. Optical flow can be used to estimate movement of the scope tip based on changes in the camera image received at the scope tip with respect to the bronchoscope. Specifically, in a series of video frames, each frame may be analyzed to detect the translation of a pixel from one frame to the next. For example, if a pixel in a given frame appears to be moving to the left of the next frame, the algorithm inferred that the end of the camera and range moved to the right. The movement of the scope (eventually, position) can be determined by comparing many frames over many iterations.

단안 영상 캡쳐와 대조적으로 입체 영상 캡쳐가 가능할 경우, 광학 흐름 기술을 사용하여 해부학적 영역의 기존 3차원 모델을 보완할 수도 있다. 입체적인 이미지 캡쳐를 사용하여, 2차원 캡쳐된 이미지의 픽셀의 깊이가 결정되어 카메라 뷰에서 대상물의 3차원 맵을 형성할 수 있다. 해부학적 내강 내에서 이동하도록 추정하는 이 기술을 통해 시스템은 환자의 해부체 내부를 탐색하면서 카테터 주변의 주변 환경에 대한 3차원 지도를 개발할 수 있다. 이 지도는 모델에 데이터가 누락되거나 품질이 낮은 사전 결정된 3차원 컴퓨터 모델을 확장하는 데 사용될 수 있다. 입체 카메라 장치 이외에도 깊이 센서 또는 특정 조명 구성과 RGB-D 센서 또는 구조 조명과 같은 이미지 캡처 기술을 사용해야 할 수도 있다.In contrast to monocular image capturing, if stereoscopic image capture is possible, optical flow techniques may be used to complement existing three-dimensional models of anatomical regions. Using stereoscopic image capture, the depth of the pixels of the two-dimensional captured image can be determined to form a three-dimensional map of the object in the camera view. This technique, which estimates to move within the anatomical lumen, allows the system to explore the interior of the patient's anatomy and develop a three-dimensional map of the environment surrounding the catheter. This map can be used to extend predefined three-dimensional computer models with missing or poor quality data in the model. In addition to stereoscopic camera devices, you may also need to use depth sensor or specific lighting configurations and image capture techniques such as RGB-D sensors or structural lighting.

추적 방법에 관계없이, 센서 기반 또는 시각 기반 트래킹 방법은 로봇 카테터 자체로부터의 데이터를 사용함으로써 개선될 수 있다. 예를 들어, 도 2a의 로봇 카테터(200)에서, 쉬스(201) 및 리더(205)의 상대적인 삽입 길이는 (기관지 내시경의 경우) 기관 내의 공지된 개시 위치로부터 측정될 수 있다. 상대 삽입 길이와 환자의 기관지 트리의 3차원 모델의 중심선을 사용하여 시스템은 로봇 카테터가 지점에 위치하고 거리가 아래로 이동했는지 여부를 결정한 후 작동 단부 위치를 대략적으로 추정할 수 있다. 로봇 카테터로부터의 다른 제어 정보, 예컨대 카테터 장치 연결, 롤 또는 피치 및 요잉(yaw)이 사용될 수도 있다.Regardless of the tracking method, sensor based or visually based tracking methods can be improved by using data from the robotic catheter itself. For example, in the robotic catheter 200 of FIG. 2A, the relative insertion lengths of the sheath 201 and the reader 205 may be measured from a known starting position in the organ (in the case of a bronchoscope). Using the relative insertion length and the centerline of the three-dimensional model of the patient's bronchial tree, the system can roughly estimate the position of the end-of-operation after determining whether the robot catheter is located at the point and moved down the distance. Other control information from the robotic catheter may be used, such as catheter device connection, roll or pitch and yaw.

상이한 촬상 양상들에 기초한 실시간 이미징은, 특히 수술 부위에서의 탐색을 더욱 향상시킬 것이다. 수술 부위에 대한 러프 탐색을 추적하는 것이 도움이 될지라도, 병변 생검을 시도할 때와 같이 더욱 정확한 취급이 필요할 때 추가적인 양식이 유용할 수 있다. 형광 영상, 근적외선 영상, 산소 센서, 분자 바이오 마커 영상 및 대비 염료 영상과 같은 이미징 툴은 컴퓨터 모델에서 병변의 정확한 좌표를 찾아 내고 수술 부위에서 생검 바늘을 조작하는 데 도움이 될 수 있다. 정확한 위치가 없는 경우 로봇 카테터를 사용하여 수술 부위의 전체 부위를 알려진 깊이에서 생검하여 병변의 조직을 채취할 수 있다.Real-time imaging based on different imaging modalities will further enhance the search, especially at the surgical site. Tracking the rough search for the surgical site may be helpful, but additional forms may be useful when more precise handling is required, such as when attempting a lesion biopsy. Imaging tools such as fluorescence imaging, near-infrared imaging, oxygen sensors, molecular biomarker imaging, and contrast dye imaging can help identify precise coordinates of lesions in computer models and manipulate biopsy needles at the surgical site. If there is no precise location, the entire tissue of the surgical site can be biopsied at a known depth using a robotic catheter to collect tissue from the lesion.

일부의 경우, 분할된 CT 스캔 및 그에 따른 컴퓨터 모델은 (폐 기관 검사와 관련하여) 폐의 말초에 가지를 나타내지 않는다. 이것은 스캔 중 기도의 팽창이 불충분하거나 또는 가지의 크기가 CT 스캔의 해상도(통상적으로 1 밀리미터 정도)보다 낮기 때문일 수 있다. 실제로 로봇 시스템은 맵핑되지 않은 분기의 위치와 위치 및 방향을 지시하여 수술 중에 컴퓨터 모델을 향상시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 토폴로지 구조는 의사가 자신의 위치를 표시하고 그 주변 브랜치를 검사하기 위해 동일한 위치로 복귀하도록 할 수 있다. 일부 실시예에서, 카테터 카메라는 캡쳐 이미지에 기초하여 브랜치의 직경 및 형상을 측정할 수 있으며, 이들 브랜치가 위치 및 방향에 기초하여 맵핑되게 한다.In some cases, the segmented CT scan and the resulting computer model do not exhibit branches at the periphery of the lung (with respect to lung organ examination). This may be due to insufficient expansion of the airway during the scan or because the size of the branches is lower than the resolution of the CT scan (typically around 1 millimeter). In fact, the robot system can improve the computer model during surgery by indicating the position, position and orientation of unmapped branches. In some embodiments, the topology structure may allow a physician to return to the same location to mark his location and examine its surrounding branches. In some embodiments, the catheter camera may measure the diameter and shape of the branch based on the captured image and cause these branches to be mapped based on position and orientation.

내강경 수술.My knee surgery.

도 32a는 본 발명의 일 실시예에 따른, 해부학적 내강 내의 로봇 카테터의 말단부를 도시한다. 도 32A에서, 샤프트(3201)를 포함하는 로봇 카테터(3200)는 해부학적 내강(3202)을 통해 수술 부위(3203)를 향해 탐색하는 것으로 도시되어 있다. 탐색 중에, 샤프트(3201)는 관절 연결되지 않을 수 있다.Figure 32A illustrates the distal end of a robotic catheter within an anatomical lumen, in accordance with an embodiment of the present invention. In Figure 32A, a robotic catheter 3200 including a shaft 3201 is shown looking through the anatomical lumen 3202 toward the surgical site 3203. During the search, the shaft 3201 may not be articulated.

도 32b는 해부학적 내강 내의 수술 부위에서 사용하는 도 32a의 로봇 카테터를 도시한다. 수술 부위(3203)에 도달하면, 샤프트(3201)와 종방향으로 정렬된 원위 리더 섹션(3204)이 화살표(3205)로 표시된 방향으로 샤프트(3201)로부터 연장될 수 있다. 원위 리더 섹션(3204)은 또한 수술 위치(3203)를 향하여 툴을 지향시키도록 관절 연결될 수 있다.Figure 32b shows the robotic catheter of Figure 32a used at the surgical site within the anatomical lumen. Upon reaching the surgical site 3203, the longitudinally aligned distal reader section 3204 with the shaft 3201 may extend from the shaft 3201 in the direction indicated by arrow 3205. The distal leader section 3204 may also be articulated to direct the tool towards the surgical site 3203. [

도 32c는 해부학적 내강 내의 수술 부위에서 사용하는 도 32b의 로봇 카테터를 도시한다. 수술 부위가 생검의 병변을 포함하는 경우에, 원위 방향의 종단 부분(3204)은 화살표(3206)로 표시된 방향으로 관절 연결되어 수술 부위(3203)에서 병변을 표적하기 위한 흡인침(3207)을 전달할 수 있다. 일부 실시예에서, 수술 중 평가 목적으로 해부학적 조직 검체를 제거하기 위해 생검 포셉를 직접 연결할 수 있다. 엔드 이펙터의 활성화를 위해, 로봇 카테터(3200)는 생검 포셉에 작동 가능하게 결합된 텐던을 포함할 수 있다.Figure 32c shows the robotic catheter of Figure 32b used at the surgical site within the anatomical lumen. When the surgical site includes lesions of the biopsy, the distal termination portion 3204 is articulated in the direction indicated by arrow 3206 to deliver a suction needle 3207 for targeting lesions in the surgical site 3203 . In some embodiments, biopsy forceps can be directly connected to remove anatomical tissue specimens for intraoperative evaluation purposes. For activation of the end effector, the robotic catheter 3200 may include a tendon operably coupled to the biopsy forceps.

도 33a는 본 발명의 일 실시예에 따른, 해부학적 내강 내의 말단 굴곡 부분에 결합된 로봇 카테터를 도시한다. 도 33a에서, 샤프트(3301), 굴곡 부분(3302) 및 포셉(3303)을 포함하는 로봇 카테터(3300)가 해부학적 내강(3304)을 통해 수술 부위를 향해 탐색하는 것으로 도시되어 있다. 탐색하는 동안, 샤프트(3301) 및 말단 굴곡 부분(3302)은 모두 도 33a에 도시된 바와 같이 비관절형일 수 있다. 굴곡 부분(3302)의 구조, 구성, 기능 및 사용은 2014년 3월 7일자로 출원된 미국 특허 출원 제14/201,610호 및 2014년 9월 5일자로 출원된 미국 특허 출원 제14/479,095호에 개시되어 있으며, 그 전체 내용은 참조로서 인용된다.Figure 33A illustrates a robotic catheter coupled to a distal bend in an anatomical lumen, in accordance with an embodiment of the present invention. 33A, a robot catheter 3300, including a shaft 3301, a flexure 3302 and a forceps 3303, is shown navigating through the anatomical lumen 3304 toward the surgical site. During the search, the shaft 3301 and the distal bend 3302 may both be non-articulated as shown in FIG. 33A. The structure, configuration, function, and use of the flexure portion 3302 are described in U.S. Patent Application No. 14 / 201,610, filed March 7, 2014, and U.S. Patent Application No. 14 / 479,095, filed Sep. 5, The entire contents of which are incorporated by reference.

일부 실시예에서, 굴곡 부분(3302)은 샤프트(3301)와 종방향으로 정렬될 수 있다. 일부 실시예에서, 굴곡 부분(3302)은 샤프트(3301)의 오프-축(off-axis)(중심축)인 작동 채널을 통해 전개되어, 샤프트(3301)의 원위 단부에 위치한 카메라를 불명료하게 하지 않고 작동하도록 굴곡 부분(3302)을 제공한다. 이러한 구성은 작동자가 샤프트(3301)가 고정된 채로 굴곡 부분(3302)를 관절화하기 위해 카메라를 사용할 수 있게 한다.In some embodiments, the flexure portion 3302 may be longitudinally aligned with the shaft 3301. In some embodiments, the flexure portion 3302 is deployed through an actuation channel that is off-axis (center axis) of the shaft 3301 to deflect the camera located at the distal end of the shaft 3301 And provides a bend portion 3302 to operate without. This arrangement allows the operator to use the camera to articulate the bend 3302 while the shaft 3301 is fixed.

다른 실시예와 유사하게, 굴곡 부분(3302)의 말단부에서 사용하기 위해 굴곡 부분(3302)에서 작동 채널을 통해 포셉(3303)과 같은 다른 툴이 전개될 수 있다. 다른 시나리오에서, 그래스퍼, 메스, 바늘 및 프로브는 굴곡 부분(3302)의 원위 단부에 위치될 수 있다. 다른 실시예에서와 같이, 로봇 카테터(3300)에서, 굴곡 부분의 말단 단부의 툴은 다중 치료를 하나의 수술로 수행하기 위해 수술 중에 대체될 수 있다.Similar to other embodiments, another tool, such as forceps 3303, may be deployed through the actuating channel at flexure 3302 for use at the distal end of flexure 3302. [ In other scenarios, the grasper, scalpel, needle and probe may be located at the distal end of flexure 3302. As in other embodiments, in the robotic catheter 3300, the tool at the distal end of the flexure can be replaced during surgery to perform multiple treatments with one operation.

도 33b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 해부학적 내강 내의 수술 부위에서 사용되는 포셉 툴을 구비하는 도 33a의 로봇 카테터를 도시한다. 해부학적 관강(3304)을 통한 로봇 카테터(3300)의 탐색은 상술한 다양한 탐색 기술에 의해 안내될 수 있다. 로봇 카테터(3300)가 수술 부위(3306)에서 원하는 위치에 도달하면, 굴곡 부분(3302)은 화살표(3305)의 방향으로 관절 연결로 움직여서 수술 부위(3306)를 향해 포셉(3303)을 향하게 할 수 있다. 포셉(3303)을 사용하여, 로봇 카테터(3300)는 수술 부위(3306)의 조직의 생검을 수행할 수 있다.33B illustrates a robotic catheter of FIG. 33A with a forceps tool for use in a surgical site within an anatomical lumen, in accordance with an embodiment of the present invention. The search of the robotic catheter 3300 through the anatomical tube 3304 may be guided by the various exploration techniques described above. Once the robotic catheter 3300 reaches a desired position in the surgical site 3306 the flexure 3302 may be moved in the direction of the arrow 3305 in a joint connection to direct the forceps 3303 towards the surgical site 3306 have. Using the forceps 3303, the robotic catheter 3300 can perform tissue biopsy of the surgical site 3306.

도 33c는 본 발명의 일 실시예에 따른, 해부학적 내강 내의 수술 부위에서 사용되는 레이저 장치를 구비하는 도 33a의 로봇 카테터를 도시한다. 수술 부위(3306)에 도달하면, 로봇 카테터(3300)의 굴곡 부분(3302)은 굴절될 수 있고 레이저 툴(3307)은 샤프트(3301) 및 굴곡 부분(3302)의 작동 채널을 통해 전개될 수 있다. 일단 배치되면, 레이저 툴 절단, 관통, 절개, 절개 또는 비표면 조직의 접근을 목적으로 레이저 방사선(3308)을 방출하는 수술 부위(3306)를 포함한다.33C illustrates a robotic catheter of FIG. 33A with a laser device used in a surgical site within an anatomical lumen, in accordance with an embodiment of the present invention. Upon reaching the surgical site 3306, the flexed portion 3302 of the robotic catheter 3300 can be deflected and the laser tool 3307 can be deployed through the operating channel of the shaft 3301 and the flexure 3302 . Once deployed, it includes a surgical site 3306 that emits laser radiation 3308 for laser tool cutting, penetrating, cutting, incising, or accessing non-surface tissue.

명령 콘솔.Command console.

도 1의 시스템(100)과 관련하여 논의된 바와 같이, 명령 콘솔의 실시예는 작동자, 즉 의사가 인체 공학적 위치로부터 로봇 카테터 시스템을 원격 제어할 수 있게 한다. 바람직한 실시예에서, 명령 콘솔은 (i) 작동자가 로봇 카테터를 제어할 수 있게 하고, (ii) 인체 공학적 위치로부터 탐색 환경을 표시하는 사용자 인터페이스를 이용한다.As discussed in connection with the system 100 of FIG. 1, an embodiment of the command console allows an operator, i.e., a physician, to remotely control the robotic catheter system from an ergonomic position. In a preferred embodiment, the command console utilizes a user interface that (i) allows the operator to control the robotic catheter, and (ii) displays the search environment from an ergonomic position.

도 34는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 카테터 시스템을 위한 명령 콘솔을 도시한다. 도 34에서, 명령 콘솔(3400)은 베이스(3401)와, 모니터(3402)와 같은 디스플레이 모듈과, 키보드(3403) 및 조이스틱(3404)과 같은 제어 모듈을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 명령 모듈 기능은 도 1의 시스템(100)의 시스템 카트(101)와 같은 기계식 암을 구비한 시스템 카트에 통합될 수 있다.Figure 34 illustrates a command console for a robotic catheter system in accordance with an embodiment of the present invention. In Figure 34, the command console 3400 may include a base 3401, a display module such as a monitor 3402, and a control module such as a keyboard 3403 and a joystick 3404. In some embodiments, the command module functionality may be incorporated into a system cart with a mechanical arm, such as the system cart 101 of the system 100 of FIG.

베이스(3401)는 중앙 처리 유닛, 메모리 유닛, 데이터 버스, 및 로봇 카테터로부터 카메라 이미지 및 트래킹 센서 데이터와 같은 신호를 해석하고 처리하는 것을 담당하는 관련 데이터 통신 포트를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 해석 및 처리 신호의 부담은 연관된 시스템 카트와 명령 콘솔(3400) 사이에 분배될 수 있다. 또한, 베이스(3401)는, 예를 들어, 도면 번호 3403 및 3404와 같은 제어 모듈을 통해 작동자(3405)로부터 명령 및 지시를 해석하고 처리하는 것을 담당할 수 있다.Base 3401 may include a central processing unit, a memory unit, a data bus, and associated data communication ports responsible for interpreting and processing signals such as camera image and tracking sensor data from the robotic catheter. In another embodiment, the burden of the interpretation and processing signal may be distributed between the associated system cart and the command console 3400. The base 3401 may also be responsible for interpreting and processing instructions and instructions from the operator 3405 via, for example, control modules such as 3403 and 3404.

제어 모듈은 오퍼레이터(3405)의 명령을 캡처하는 역할을 한다. 도 34의 키보드(3403) 및 조이스틱(3404)에 추가하여, 제어 모듈은 컴퓨터 마우스, 트랙 패드, 트랙볼, 제어 패드 및 비디오 게임 제어기를 포함하지만 이에 한정되지 않는, 당업계에 공지된 다른 제어 메커니즘을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 손 제스처 및 손가락 제스처는 또한 시스템에 제어 신호를 전달하기 위해 포착될 수 있다.The control module serves to capture an instruction of the operator 3405. In addition to the keyboard 3403 and joystick 3404 of Figure 34, the control module may include other control mechanisms known in the art including, but not limited to, a computer mouse, trackpad, trackball, control pad and video game controller . In some embodiments, hand gestures and finger gestures may also be captured to convey control signals to the system.

일부 실시예에서, 다양한 제어 수단이 있을 수 있다. 예를 들어, 로봇 카테터에 대한 제어는 "속도 모드" 또는 "위치 제어 모드"에서 수행될 수 있다. "속도 모드"는 조이스틱(3404)과 같은 직접 수동 제어에 기초하여 로봇 카테터의 말단부의 피치 동작 및 요 동작을 직접 제어하는 것으로 이루어진다. 예를 들어, 조이스틱(3404) 상의 우측 및 좌측 동작은 편향 및 피치 이동 로봇 카테터의 말단부에 있다. 조이스틱의 햅틱 피드백은 "속도 모드"에서 제어 기능을 향상시키는 데에도 사용될 수 있다. 예를 들어, 진동이 조이스틱(3404)으로 다시 전송되어 로봇 카테터가 특정 방향으로 더 관절 또는 롤링할 수 없음을 통신할 수 있다. 대안적으로, 팝업 메시지 및/또는 오디오 피드백(예를 들어, 비핑(beeping))은 또한 로봇 카테터가 최대 관절 운동 또는 롤에 도달했다는 것을 통신하는데 사용될 수 있다.In some embodiments, there may be various control means. For example, the control for the robot catheter may be performed in the "speed mode" or the "position control mode ". The "speed mode" consists of directly controlling the pitch and yaw motion of the distal end of the robotic catheter based on direct manual control such as the joystick 3404. For example, the right and left movement on the joystick 3404 is at the distal end of the deflecting and pitch shifting robotic catheter. The haptic feedback of the joystick can also be used to improve the control function in the "speed mode". For example, vibration may be transmitted back to the joystick 3404 to communicate that the robotic catheter can not be further articulated or rolled in a particular direction. Alternatively, a pop-up message and / or audio feedback (e.g., beeping) may also be used to communicate that the robotic catheter has reached maximum joint motion or roll.

"위치 제어 모드"는 환자의 3차원 지도에서 위치를 식별하고 미리 결정된 컴퓨터 모델에 기초하여 식별된 위치로 카테터를 로봇식으로 조종하기 위해 시스템에 의존하는 것으로 구성된다. 환자의 3차원 맵핑에 의존하기 때문에, 위치 제어 모드는 환자의 해부학적 구조를 정확하게 맵핑해야 한다.The "position control mode" is configured to identify a location on a three-dimensional map of a patient and rely on the system to roboticly steer the catheter to an identified location based on a predetermined computer model. Because of the dependence of the patient's three-dimensional mapping, the position control mode must accurately map the anatomy of the patient.

커맨드 모듈(3401)을 사용하지 않고, 시스템은 또한 수동 작동자에 의해 직접 조작될 수 있다. 예를 들어, 시스템 설치 중에 의사와 보조원은 환자와 수술실 주변에 장비를 배치하기 위해 기계식 암과 로봇 카테터를 움직일 수 있다. 직접 조작 중에 시스템은 적절한 장비 방향을 결정하기 위해 인력 작동자의 힘 피드백 및 관성 제어에 의존한다.Without using the command module 3401, the system can also be operated directly by the manual operator. For example, during system installation, physicians and assistants can move mechanical arms and robotic catheters to place equipment around the patient and the operating room. During direct operation, the system relies on the force feedback and inertia control of the human operator to determine the proper machine direction.

디스플레이 모듈(3402)은 고글 또는 안경과 같은 모니터, 가상 현실 관찰 장치 또는 로봇 카테터 내의 시스템 및 카메라에 관한 시각 정보의 다른 수단을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제어 모듈 및 디스플레이 모듈은 태블릿 또는 컴퓨터 장치의 터치 스크린과 같이 결합될 수 있다. 결합된 모듈에서, 작동자(3405)는 로봇 시스템에 명령을 입력할뿐만 아니라 시각적 데이터를 볼 수 있다.Display module 3402 may include a monitor, such as a goggle or glasses, a virtual reality viewing device, or other means of visual information about the system and camera in the robotic catheter. In some embodiments, the control module and the display module may be combined, such as a touch screen of a tablet or a computer device. In the combined module, the operator 3405 can view visual data as well as input commands to the robot system.

다른 실시예에서, 디스플레이 모듈은 바이저 또는 고글 배열과 같은 입체 장치를 사용하여 3차원 이미지를 표시할 수 있다. 3차원 이미지를 사용하여, 작동자는 환자의 조직의 3차원 컴퓨터 생성 모델의 내부의 가상 환경인 컴퓨터 모델의 "엔도 뷰(endo view)"를 관찰하여 환자 내에서 장치의 예상 위치를 추정할 수 있다. "엔도 뷰"와 실제 카메라 이미지를 비교함으로써, 의사는 정신적으로 자신의 방향을 잡고 로봇 카테터가 환자의 올바른 위치에 있는지 확인할 수 있다. 이것은 작동자에게 로봇 카테터의 말단부 주위의 해부학적 구조에 대한 더 나은 감각을 줄 수 있다.In another embodiment, the display module may display a three-dimensional image using a stereoscopic device such as a visor or a goggle arrangement. Using a three-dimensional image, the operator can observe the "endo view" of the computer model, which is the virtual environment inside the three-dimensional computer generated model of the patient's tissue, to estimate the expected location of the device within the patient . By comparing the "end view" with the actual camera image, the physician can mentally orient himself and see if the robotic catheter is in the correct position of the patient. This can give the operator a better sense of the anatomy around the distal end of the robotic catheter.

바람직한 실시예에서, 디스플레이 모듈(3402)은 모델을 통해 미리 생성된 3차원 모델, 미리 결정된 최적의 탐색 경로 및 해부학의 CT 스캔을 동시에 로봇 카테터의 원위 단부의 현재 위치에서 디스플레이할 수 있다. 일부 실시예에서, 로봇 카테터의 모델은 수술의 상태를 더욱 명확히 하기 위해 환자의 해부학의 3차원 모델로 디스플레이될 수 있다. 예를 들어, 생검이 필요할 수 있는 CT 스캔에서 병변이 확인되었을 수 있다.In a preferred embodiment, the display module 3402 can display a pre-generated three-dimensional model, a predetermined optimal search path and an anatomic CT scan through the model at the current location of the distal end of the robotic catheter. In some embodiments, the model of the robotic catheter may be displayed as a three-dimensional model of the patient's anatomy to further clarify the condition of the surgery. For example, a lesion may have been identified on a CT scan that may require a biopsy.

작동 중에, 로봇 카테터의 말단부에 있는 카메라 수단 및 조명 수단은 작동자를 위한 디스플레이 모듈에서 기준 이미지를 생성할 수 있다. 따라서, 조이스틱(3404)에서 로봇 카테터의 말단부의 굴절 및 롤링을 야기하는 방향은 말단부의 바로 앞에 해부학적 특징의 이미지를 생성한다. 조이스틱(3404)을 위로 향하게 하면 카메라로 로봇 카테터의 말단부의 피치가 올라가고, 조이스틱(3404)을 내리면 피치가 감소할 수 있다.During operation, the camera means and illumination means at the distal end of the robotic catheter may generate a reference image in the display module for the operator. Thus, the direction in the joystick 3404 that causes the distal end of the robotic catheter to bend and roll produces an image of the anatomical feature directly in front of the distal end. When the joystick 3404 is directed upward, the pitch of the distal end portion of the robot catheter is raised by the camera, and the pitch can be reduced by lowering the joystick 3404.

디스플레이 모듈(3402)은 작동자의 세팅 및 특정 수술에 따라 로봇 카테터의 상이한 뷰를 자동적으로 디스플레이할 수 있다. 예를 들어, 필요한 경우, 카테터의 평면 투시도가 작동 영역에 접근함에 따라 최종 탐색 단계 동안 디스플레이될 수 있다.The display module 3402 can automatically display different views of the robotic catheter according to the operator's settings and the specific surgery. For example, if desired, a plan perspective view of the catheter may be displayed during the final search step as it approaches the operating area.

혈관 수술을 위한 가상 레일.Virtual rail for vascular surgery.

도 35a는 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 카테터 시스템의 등각도를 도시한다. 도 35a에 도시된 바와 같이, 시스템(3500)은 수술용 테이블(3505)에 작동 가능하게 연결된 3개의 기계식 암(3502, 3503 및 3504)의 카테터 장치(3501) 사용을 전달한다. 대퇴 동맥의 삽입 지점 기계식 암(3502, 3503, 및 3504)에서, 시스템(3500)은 카테터 장치(3501)를 가상 레일로 구성하여 환자(3506)의 대퇴 동맥 및 나머지 혈관 시스템에 접근할 수 있다. 대퇴 동맥 내에서, 환자의 심장과 같은 환자의 혈관 시스템의 나머지 부분에서 관절로 연결되고 "구동"되어야 한다.Figure 35A illustrates an isometric view of a robotic catheter system in accordance with an embodiment of the present invention. 35A, the system 3500 conveys the use of a catheter device 3501 of three mechanical arms 3502, 3503 and 3504 operatively connected to a surgical table 3505. In the femoral artery insertion point mechanical arms 3502, 3503, and 3504, the system 3500 can configure the catheter apparatus 3501 as a virtual rail to access the femoral artery and remaining vascular system of the patient 3506. Within the femoral artery, the rest of the vascular system of the patient, such as the patient's heart, must be connected and "driven" to the joint.

도 35b는 본 발명의 실시예에 따른 로봇 카테터 시스템(3500)의 평면도를 도시한다. 도 35a에 도시된 바와 같이, 기계식 암(3502, 3503 및 3504)은 환자(3506)의 좌측 다리 위의 카테터 장치(3501)를 위한 가상 레일을 생성하는데 사용될 수 있다. 따라서, 기계식 암 시스템의 가요성은 삽입 지점(3507)으로의 접근을 가능케 한다.Figure 35B shows a top view of a robotic catheter system 3500 in accordance with an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 35A, mechanical arms 3502, 3503, and 3504 can be used to create a virtual rail for catheter device 3501 on the left leg of patient 3506. Thus, the flexibility of the mechanical arm system allows access to the insertion point 3507.

도 36은 본 발명의 실시예에 따라, 가상 레일의 각도가 크게 증가된 로봇 카테터 시스템의 등각도를 도시한다. 기계식 암을 사용함에 따라, 본 발명은 작동자의 적용, 수술 및 요구에 따라 더 큰 삽입 각을 허용한다. 도 36에 도시된 바와 같이, 시스템(3600)은 환자(3606)와 함께 수술 베드(3605)에 작동 가능하게 결합된 3개의 기계식 암(3602,3603,3604)을 포함할 수 있다. 카테터(3601)는 가상 레일에서 환자의 우측 다리(3607) 내의 환자의 대퇴 동맥에 정렬될 수 있다. 이러한 배치에서, 장치(3601)와 환자의 다리(3607) 사이의 각도는 45도를 초과할 수 있다.Figure 36 illustrates an isometric view of a robotic catheter system with a greatly increased angle of virtual rail, in accordance with an embodiment of the present invention. With the use of mechanical arms, the present invention permits a larger insertion angle depending on the operator's application, operation and requirements. As shown in FIG. 36, system 3600 may include three mechanical arms 3602, 3603, 3604 operably coupled to a surgical bed 3605 with a patient 3606. The catheter 3601 may be aligned with the femoral artery of the patient in the patient's right leg 3607 on the virtual rail. In such an arrangement, the angle between the device 3601 and the patient's leg 3607 may exceed 45 degrees.

로봇 제어의 도움으로, 삽입 궤도가 시작부터 끝까지 다를 수 있도록, 수술 중 각도가 변경될 수도 있다. 수술 중 삽입 궤도를 변경하면 수술실 배치를 더욱 유연하게 조정할 수 있다. 예를 들어, 낮은 초기 삽입 각도에 유리할 수 있다. 그러나, 수술이 진행됨에 따라 작동자가 환자와 로봇 시스템 사이에 추가 간격을 제공하기 위해 각도를 늘리는 것이 더 편리할 수 있다.With the help of robot control, the angle during surgery may be changed so that the insertion trajectory may vary from start to finish. Changing the insertion orbit during surgery can provide more flexibility in adjusting the operating room layout. For example, it may be advantageous for a low initial insertion angle. However, as the operation progresses, it may be more convenient for the operator to increase the angle to provide additional spacing between the patient and the robotic system.

다중 레일 구성에 추가하여, 시스템의 기계식 암의 사용은 추가적인 이점을 제공한다. 현재의 가요성 카테터 기술에서, 가요성 카테터는 카테터 삽입시 종종 저항을 경험한다. 카테터의 굴곡성과 결합된 이러한 저항은 카테터를 환자 몸으로 "밀어 넣는" 삽입에서 환자에게 카테터 외부의 바람직하지 않은 굴곡, 즉 "버클링"을 야기한다. 이 "버클링" 현상은 전형적으로 삽입 지점에 카테터를 수동으로 끼워 넣음으로써 해결될 수 있으며, 이로 인해 작동자에게 추가적인 노동력이 소요된다. 또한, "버클링" 현상으로 인한 카테터의 지지되지 않은 외부 부분은 바람직하지 않다. 토크 감지 알고리즘 및 메커니즘은 힘 측정이 고유한 표시를 가질 수 있으므로 외부 힘 입력에 추가하여 버클링의 인스턴스를 식별하는 데 사용될 수 있다.In addition to the multiple rail configuration, the use of a mechanical arm of the system provides an additional advantage. In current flexible catheter techniques, flexible catheters often experience resistance during catheter insertion. This resistance, coupled with the flexibility of the catheter, causes the patient to undesirably bend, or "buckle," outside the catheter in an insertion that "pushes " the catheter into the patient's body. This "buckling" phenomenon can typically be solved by manually inserting the catheter into the insertion point, which adds additional labor to the operator. In addition, the unsupported outer portion of the catheter due to the "buckling" phenomenon is undesirable. The torque sensing algorithm and mechanism can be used to identify instances of buckling in addition to external force inputs since force measurements can have unique indications.

도 37a-37d는 본 발명의 일 실시예에 따른, 기계식 암의 사용이 카테터 버클링 및 소요된 길이를 감소시키는 혈관 시술의 일련의 평면도이다. 도 37a에 도시된 바와 같이, 시스템(3700)은 환자(3707)와 함께 수술 베드(3706)에 작동 가능하게 결합된 4개의 기계식 암(3702, 3703, 3704 및 3705)의 사용을 통합한다. 도 37a에 도시된 바와 같이, 암은 카테터 장치(3701)를 환자(3707)의 우측 다리의 대퇴 동맥에 삽입 지점(3708)을 갖는 가상 레일로 정렬시키는데 사용될 수 있다.37A-37D are a series of plan views of a vascular procedure in which the use of a mechanical arm is catheter buckling and reducing the length required, in accordance with an embodiment of the present invention. 37A, system 3700 incorporates the use of four mechanical arms 3702, 3703, 3704, and 3705 operably coupled to a surgical bed 3706 with a patient 3707. 37A, the arm may be used to align the catheter device 3701 with a virtual rail having an insertion point 3708 in the femoral artery of the right leg of the patient 3707.

암(3702 및 3703)은 카테터(3701)의 툴 베이스(3709 및 3710)를 구동함으로써 카테터 장치(3701)를 구동할 수 있다. 툴 베이스(3709 및 3710)는 아래에 설명된 직접 구동 방법을 포함하는 여러 가지 방법을 사용하여 "구동"될 수 있다. 암의 플랜지 지점(3704, 3705)에서의 메커니즘은 버클링을 감소시키고 낭비되는 길이를 감소시키기 위해 카테터 장치(3701)를 지지하는데 사용될 수 있다. 플랜지 지점(3711, 3712)은 수동 또는 직접 구동 수단을 통해 카테터(3707)를 지지할 수 있다. 수동 지지에서, 플랜지 지점(3711 및 3712)은 단순한 루프, 홈, 방향 전환 표면 또는 수동 회전 표면(즉, 바퀴 또는 롤러)을 사용할 수 있다. 도 37a에 도시된 바와 같이, 플랜지 지점(3711, 3712)은 카테터(3701)에 수동적 "안티-버클링" 지지를 제공한다. 수동 지지에서, 암(3704, 3705)은 대체로 굽혀지는 카테터 장치(3701)를 지지하도록 가상 레일을 따라 이동한다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 암(3704 및 3705)은 환자의 신체 및 툴 베이스로부터 항상 동일한 거리를 유지하도록 구성된다.The arms 3702 and 3703 can drive the catheter device 3701 by driving the tool bases 3709 and 3710 of the catheter 3701. [ The tool bases 3709 and 3710 can be "driven" using a variety of methods including the direct drive method described below. The mechanism at the flange points 3704 and 3705 of the arm can be used to support the catheter device 3701 to reduce buckling and reduce wasted length. The flange points 3711 and 3712 can support the catheter 3707 through manual or direct drive means. In manual support, the flange points 3711 and 3712 may use a simple loop, groove, redirecting surface, or a manually rotating surface (i.e., a wheel or roller). As shown in FIG. 37A, flange points 3711 and 3712 provide passive "anti-buckling" support to catheter 3701. In the manual support, the arms 3704, 3705 move along the virtual rail to support the generally bending catheter device 3701. [ For example, in some embodiments, arms 3704 and 3705 are configured to always maintain the same distance from the patient ' s body and tool base.

도 37b는 본 발명의 일 실시예에 따라, 시스템(3700)을 사용하는 도 37a의 혈관 시술의 평면도이다. 도 37b에 도시된 바와 같이, 카테터(3701)가 환자(3707)의 대퇴 동맥 내로 추가 삽입될 때, 지지 암(3705)은 카테터(3701)를 환자에게 삽입하기 위한 틈새를 제공하도록 수축될 수 있다. 따라서, 암(3705)은 카테터(3701)가 처음 삽입될 때 "안티-버클링" 지지를 제공할 수 있고, 카테터(3701)의 확장이 필요할 때 제거될 수 있다. 이 가요성은 카테터(3701)에 대한 향상된 제어를 제공하고 카테터(3701)을 따라 "낭비되는 길이(wasted length)"를 줄인다.Figure 37B is a top view of the vascular procedure of Figure 37A using system 3700, in accordance with an embodiment of the present invention. As shown in Figure 37B, when the catheter 3701 is further inserted into the femoral artery of the patient 3707, the support arm 3705 may be retracted to provide a clearance for inserting the catheter 3701 into the patient . Thus, the arm 3705 can provide "anti-buckling" support when the catheter 3701 is first inserted, and can be removed when an extension of the catheter 3701 is needed. This flexibility provides improved control over the catheter 3701 and reduces the "wasted length" along the catheter 3701.

도 37c는 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템(3700)을 사용하는 혈관 시술의 또 다른 평면도를 도시한다. 도 37c에 도시된 바와 같이, 카테터(3701)가 삽입 지점(3708)을 통해 다시 환자의 대퇴 동맥 내로 삽입될 때, 지지 암(3704)은 또한 카테터(3701)를 환자(3707)에 삽입하기 위한 틈새를 제공하도록 수축될 수 있다. 필요한 경우 "안티-버클링" 지지를 제공하고, 카테터(3701)를 추가로 연장시킬 때 수축될 수 있다.37C illustrates another top view of a vascular procedure using a system 3700 in accordance with an embodiment of the present invention. 37C, when the catheter 3701 is inserted again into the femoral artery of the patient through the insertion point 3708, the support arm 3704 also includes a catheter 3701 for insertion of the catheter 3701 into the patient 3707 Can be contracted to provide a clearance. Anti-buckling "support if desired, and may be retracted when the catheter 3701 is further extended.

능동 지지에서, 기계식 암(3704 및 3705) 상의 플랜지 지점은 파지기 또는 능동 회전 표면(즉, 휠 또는 롤러)과 같은 전동 또는 기계 구동 시스템일 수 있다. 일부 실시예에서, 플랜지 포인트는 수동 지지의 경우에 항상 조정되는 것과 달리 정지 상태로 유지될 수 있다.In active support, the flange points on the mechanical arms 3704 and 3705 can be mechanical or mechanical driven systems, such as grippers or active rotating surfaces (i.e., wheels or rollers). In some embodiments, the flange point may remain stationary, as opposed to being always adjusted in the case of manual support.

도 37d는 본 발명의 실시예에 따라, 암의 플랜지 지점에서 전동된 롤러의 사용을 통해 기계식 암이 능동적인 구동 지지를 제공하는 혈관 시술의 평면도이다. 구체적으로, 도 37d는 플랜지 지점(3711 및 3712)에서의 수동 지지 시스템이 롤러(3713 및 3714)와 같은 능동 구동 메커니즘으로 대체되는 도 37a 내지 도 37c의 시스템(3700)의 사용을 도시한다. 도 37d에 도시된 바와 같이, 능동 구동 메커니즘(3713 및 3714)은 안티-버클링을 방지하기 위한 기계화된 지지를 제공한다. 일부 실시예에서, 롤러의 각속도는 적절한 삽입 속도 및 제어를 보장하기 위해 툴 베이스(3709 및 3710)에 대한 구동 제어와 동기화될 수 있다. 부가적으로, 의사의 푸싱 동작을 재현하기 위해, 능동 구동 메커니즘(3713 및 3714)은 삽입 지점에 가능한 한 가깝게 위치된다. 카테터(3701)가 환자 내로 연장됨에 따라, 암(3703, 3704)은 카테터(3701)로부터 최대 연장 길이를 얻기 위해 필요에 따라 후퇴될 수 있다.Figure 37d is a top view of a vascular procedure in which a mechanical arm provides active drive support through use of a roller powered at a flange point of the arm, in accordance with an embodiment of the present invention. 37D illustrates the use of the system 3700 of Figs. 37A-37C in which the passive support system at flange points 3711 and 3712 is replaced by an active drive mechanism such as rollers 3713 and 3714. Fig. As shown in Figure 37d, the active drive mechanisms 3713 and 3714 provide mechanized support for preventing anti-buckling. In some embodiments, the angular velocity of the rollers may be synchronized with drive control for tool bases 3709 and 3710 to ensure proper insertion speed and control. Additionally, in order to reproduce the pushing motion of the physician, the active drive mechanisms 3713 and 3714 are located as close as possible to the insertion point. As the catheter 3701 extends into the patient, the arms 3703, 3704 can be retracted as needed to obtain a maximum extended length from the catheter 3701. [

실시예가 대퇴 동맥에 대한 접근과 관련하여 논의되었지만, 대퇴 정맥 및 복재 정맥에 접근하기 위해 매우 유사한 기계식 암 배열이 구성될 수 있다.Although the embodiment has been discussed in relation to access to the femoral artery, a very similar mechanical arm arrangement can be constructed to access the femoral vein vein vein.

본 발명의 가요성은 환자의 혈관 시스템 내의 상이한 지점에 대한 접근을 필요로 하는 다양한 혈관 과정을 허용한다. 또한, 도 38a 및 도 38b는 본 발명의 실시예에 따라 로봇 카테터가 경동맥에 삽입될 수 있는 혈관 수술을 도시한다. 구체적으로, 도 38a는 카테터가 경동맥에 삽입될 수 있는 혈관 시술의 등각도를 도시한다. 도 38a에 도시된 바와 같이, 시스템(3800)은 수술용 테이블(3804)에 작동 가능하게 결합된 두 개의 기계식 암(3802 및 3803)을 사용하여 카테터(3801)를 전달한다. 기계식 암(3801 및 3802)은 카테터(3801)를 가상 레일로 정렬하여 경동맥의 삽입 지점(3805)과 환자(3806)의 나머지 혈관계로 접근케 할 수 있다.The flexibility of the present invention allows for a variety of vascular processes requiring access to different points within a patient ' s vascular system. 38A and 38B illustrate vascular surgery in which a robotic catheter can be inserted into a carotid artery according to an embodiment of the present invention. Specifically, Figure 38A shows an isometric view of a blood vessel procedure in which the catheter can be inserted into the carotid artery. 38A, the system 3800 delivers the catheter 3801 using two mechanical arms 3802 and 3803 operably coupled to the surgical table 3804. The mechanical arms 3801 and 3802 can align the catheter 3801 with the virtual rail to access the carotid artery insertion point 3805 and the rest of the vascular system of the patient 3806.

도 38b는 본 발명의 일 실시예에 따른 혈관 시스템(3800)의 평면도를 도시한다. 도 38b에 도시된 바와 같이, 기계식 암(3802 및 3803)은 환자(3806)의 견부 위의 카테터(3801)를 위한 가상 레일을 생성하는 데 사용될 수 있다. 따라서, 기계식 암(3802 및 3803)의 가요성은 경동맥의 삽입 점(3805)으로의 접근을 가능케 한다.Figure 38B shows a top view of a vascular system 3800 in accordance with an embodiment of the present invention. As shown in Figure 38B, mechanical arms 3802 and 3803 can be used to create a virtual rail for the catheter 3801 on the shoulder of the patient 3806. Thus, the flexibility of the mechanical arms 3802 and 3803 allows access to the insertion point 3805 of the carotid artery.

도 39는 본 발명의 실시예에 따라 로봇 카테터가 상완 동맥 내로 삽입될 수 있는 혈관 수술을 도시한다. 도 39에 도시된 바와 같이, 시스템(3900)은 수술용 테이블(3904)에 작동 가능하게 결합된 두 개의 기계식 암(3902 및 3903)을 사용하여 카테터(3901)를 전달한다. 수술용 테이블(3904)은 좌측 연장부(3906) 및 우측 연장 부(3907)를 포함하며, 이들 모두는 암(3902, 3903)이 연장부를 슬라이딩 가능하게 접근할 수 있게 하는 레일을 포함한다. 이어서, 기계식 암(3902, 3903)은 상완 동맥의 삽입 지점(3905) 및 환자(3908)의 나머지 혈관 계통에 접근하기 위해 가상 레일로 카테터(3901)를 정렬할 수 있다.Figure 39 illustrates vessel surgery in which a robotic catheter may be inserted into the brachial artery in accordance with an embodiment of the present invention. 39, the system 3900 delivers the catheter 3901 using two mechanical arms 3902 and 3903 that are operably coupled to the surgical table 3904. The surgical table 3904 includes left and right extensions 3906 and 3907, all of which include rails that allow the arms 3902 and 3903 to slidably access the extensions. The mechanical arms 3902 and 3903 can then align the catheter 3901 with the virtual rail to access the brachial artery insertion point 3905 and the rest of the vascular system of the patient 3908.

도 40a 및 도 40b는 본 발명의 일 실시예에 따라 로봇 카테터가 요골 동맥 내로 삽입될 수 있는 혈관 수술을 도시한다. 구체적으로, 도 40a는 카테터가 요골 동맥 내로 삽입될 수 있는 혈관 시술의 등각도를 도시한다. 도 40a에 도시된 바와 같이, 시스템(4000)은 수술용 테이블(4004)에 작동 가능하게 결합된 두 개의 기계식 암(4002 및 4003)을 사용하여 카테터(4001)를 전달한다. 기계식 암(4002 및 4003)은 카테터(4001)를 가상 레일로 정렬시켜, 동맥 및 환자(4006)의 혈관 시스템의 나머지 부분들의 삽입 지점(4005)에 접근할 수 있다.40A and 40B illustrate vascular surgery in which a robotic catheter can be inserted into a radial artery according to one embodiment of the present invention. Specifically, Figure 40A shows an isometric view of a blood vessel procedure in which the catheter may be inserted into the radial artery. As shown in Figure 40A, the system 4000 delivers the catheter 4001 using two mechanical arms 4002 and 4003 operably coupled to a surgical table 4004. The mechanical arms 4002 and 4003 can align the catheter 4001 with the virtual rail and access the insertion point 4005 of the rest of the arterial and vascular system of the patient 4006.

도 40b는 본 발명의 일 실시예에 따른 혈관 시스템(4000)의 평면도이다. 도 40b에 도시된 바와 같이, 기계식 암(4002 및 4003)은 환자(4006)의 손목 위의 카테터(4001)를 위한 가상 레일을 생성하는데 사용될 수 있다. 따라서, 기계식 암(4002 및 4003)의 가요성은 요골 동맥에서 삽입 지점(4005)으로의 접근을 가능케 한다.FIG. 40B is a top view of a vascular system 4000 according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 40B, mechanical arms 4002 and 4003 can be used to create a virtual rail for catheter 4001 above the wrist of patient 4006. Thus, the flexibility of the mechanical arms 4002 and 4003 allows access to the insertion point 4005 in the radial artery.

따라서, 다양한 환자 액세스 포인트를 필요로 하는 다양한 수술을 가능하게 하는 "가상 레일(virtual rail)"을 형성하기 위해 다수의 암 및/또는 플랫폼이 이용될 수 있다. 작동 시, 각 플랫폼/암은 비전, 레이저, 기계적, 자기적 또는 단단한 부착을 포함하는 복수의 양식에 의해 달성될 수 있는 다른 것들로 등록되어야 한다. 일 실시예에서, 등록은 기계식 등록을 사용하는 단일 베이스를 갖는 멀티-암 장치에 의해 달성될 수 있다. 기계식 등록에서, 실시예는 단일 베이스에 대한 그들의 위치, 방향 및 배치에 기초하여 암/플랫폼 배치, 위치 및 방향을 등록할 수 있다. 다른 실시예에서, 등록은 개별적인 베이스 등록 및 다수의 로봇 암들 사이의 "손 떨림"을 사용하는 다수의 베이스를 갖는 카트 기반 시스템에 의해 달성될 수 있다. 다중 베이스를 갖는 카트 기반 실시예에서, 상이한 베이스로부터 암을 함께 접촉하고 (i) 물리적 접촉 및 (ii) 이들 베이스의 상대 위치에 기초하여 위치, 방향 및 배치를 계산함으로써 등록이 달성될 수 있다. 침대 또는 테이블 기반 시스템의 등록 기술은 다를 수 있다. 일부 실시예에서, 등록 타겟은 서로에 대한 암들의 위치 및 방향을 정합시키기 위해 사용될 수 있다. 이러한 등록을 통해, 암 및 기구 구동 메커니즘은 서로 상대적으로 공간에서 계산될 수 있다.Thus, a number of arms and / or platforms can be used to form a "virtual rail" that enables a variety of operations requiring various patient access points. In operation, each platform / arm must be registered with others that can be achieved by a plurality of forms, including vision, laser, mechanical, magnetic, or rigid attachment. In one embodiment, registration may be accomplished by a multi-arm device having a single base using mechanical registration. In a mechanical registration, embodiments may register arm / platform placement, position and orientation based on their position, orientation and placement with respect to a single base. In another embodiment, the registration can be accomplished by a cart-based system having a plurality of bases using separate base registration and "hand trembling " between multiple robotic arms. In a cart-based embodiment with multiple basses, registration can be achieved by contacting the arms together from different bases and computing their position, orientation and placement based on (i) physical contact and (ii) relative positioning of these bases. Registration techniques for bed or table-based systems may vary. In some embodiments, the registration target can be used to match the position and orientation of the arms relative to each other. Through this registration, the arm and mechanism drive mechanisms can be calculated in space relative to each other.

가상 레일 정렬 방법.Virtual rail alignment method.

도 41은 로봇 수술 시스템의 암들을 정렬하기 위한 방법 4100을 나타내는 흐름도이다. 로봇 수술 시스템의 암은 환자의 수술 전, 도중 또는 후에 방법 4100에 따라 정렬될 수 있다. 일부 실시예에서, 암 정렬 방법은 곡선 경로 또는 (예를 들면, Y-형상의) 조인트 경로를 포함하는 구성을 수용하기 위한 오프셋의 사용을 통합할 수 있다.41 is a flow chart illustrating a method 4100 for aligning the arms of a robotic surgery system. The cancer of the robotic surgical system may be aligned according to method 4100 before, during, or after the patient's surgery. In some embodiments, the female alignment method may incorporate the use of offsets to accommodate configurations including curved paths or (for example, Y-shaped) joint paths.

단계 4110에서, 시스템의 제1 및 제2 로봇 암은 서로 등록될 수 있다. 일부 실시예에서, 시스템은 서로 등록될 수 있는 제3 로봇 암 또는 추가 로봇 암(들)을 포함할 수 있다.In step 4110, the first and second robotic arms of the system may be registered with each other. In some embodiments, the system may include a third robot arm or additional robot arm (s) that can be registered with each other.

단계 4120에서, 제1 및 제2 로봇 암, 전형적으로 그들의 툴 베이스는 가상 레일 구성이 되도록 정렬될 수 있다. 일반적으로 로봇 암의 엔드 이펙터, 인터페이스 단부, 장치 조작기 또는 툴 베이스는 가상 레일에 로봇으로 정렬될 수 있다. 일부 실시예에서, 제3 로봇 암 또는 추가 로봇 암(들)은 가상 레일 구성에 있도록 정렬될 수 있다. 일부 실시예에서, 환자 접근 점에 환자 인터페이스 장치를 위치시키기 위해 제3 로봇 암이 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 제3 로봇 암은 내시경 장치의 작동 채널에서 사용하기 위한 가이드 와이어 또는 툴 조작기를 위치시키는데 사용될 수 있다.In step 4120, the first and second robotic arms, typically their tool bases, can be aligned to be a virtual rail configuration. Generally, the end effector, interface end, device manipulator, or tool base of the robotic arm can be robotically aligned to the virtual rail. In some embodiments, the third robotic arm or additional robotic arm (s) may be arranged to be in a virtual rail configuration. In some embodiments, a third robotic arm may be used to position the patient interface device at the patient access point. In some embodiments, the third robotic arm can be used to position a guide wire or tool manipulator for use in an operating channel of an endoscopic device.

단계 4130에서, 로봇 수술 시스템의 어드미턴스/임피던스 모드가 가능해질 수 있다. 어드미턴스/임피던스 모드는 음성 제어, 조이스틱 제어, 페달 제어, 컴퓨터 장치 제어 등과 같은 임의의 수의 방법으로 가능할 수 있다. 로봇 구성 요소에 대한 어드미턴스 모드는 일반적으로 로봇이 감지된 힘 속도 또는 가속 명령을 포함한다. 로봇 암의 토크 센서 또는 촉각 센서는 암 단부를 밀고 있는 사람과 같은 외부의 힘을 감지하고 로봇을 움직이기 위해 힘 벡터를 명령으로 사용한다. 그러나 우발적인 범프와 같은 의도하지 않은 외부의 힘으로 인해 어드미턴스 모드가 활성화되면 로봇이 움직일 수 있다. 버튼 또는 토글 스위치를 사용하면 어드미턴스 모드를 활성화/비활성화할 수 있지만 사람이 여러 암과 상호 작용하기 어려울 수 있다.In step 4130, the admittance / impedance mode of the robotic surgery system may be enabled. The admittance / impedance mode may be enabled in any number of ways such as voice control, joystick control, pedal control, computer device control, and the like. The admittance mode for a robot component typically includes a force velocity or acceleration command detected by the robot. The torque sensor or tactile sensor of the robot arm senses the external force such as the person pushing the end of the arm and uses the force vector as a command to move the robot. However, if the admittance mode is activated due to unintentional external forces such as accidental bumps, the robot can move. Using the button or toggle switch will enable / disable the admittance mode, but it can be difficult for a person to interact with multiple cancers.

일부 실시예에서, 암에 대한 직접적인 물리적 입력의 사용, 예를 들어 암의 "탭"또는 "푸시"는 또한 어드미턴스 모드를 가능하게 하는 데 사용될 수 있다. 이것은 인간과 로봇의 상호 작용을 단순화하고 더 직관적으로 만들 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서 어드미턴스 모드가 비활성화되면, 토크 센서가 입력을 연속적으로 판독하고 기다리는 동안 로봇은 위치를 유지한다. 암에서 더블 탭이 수행되면 탭 신호가 알고리즘에 의해 식별되고 로봇을 어드미턴스 모드로 전환한다.In some embodiments, the use of a direct physical input to the cancer, for example a "tap" or "push" of the cancer, can also be used to enable the admittance mode. This simplifies the interaction between human and robot and makes it more intuitive. For example, in one embodiment, when the admittance mode is deactivated, the robot remains in position while the torque sensor continuously reads and waits for input. When a double tap is performed on the arm, the tap signal is identified by the algorithm and the robot is switched to the admittance mode.

달리 말하면, 어드미턴스 제어는 로봇으로부터 그의 환경으로의 동적 상호 작용의 제어에 대한 접근법이다. 어드미턴스 제어에서 로봇은 입력으로 힘을 취하고 출력으로 결과 속도 또는 가속도를 계산한다. 어드미턴스 모드의 로봇에 푸시와 같은 외력이 가해지면 제어기는 힘이 최소화될 때까지 로봇이 반대 방향으로 움직이도록 유도한다. 질량, 스프링 및 댐핑과 같은 가상 파라미터는 어드미턴스 제어에서 조정하여 힘과 위치 사이의 관계를 변경할 수 있다.In other words, admittance control is an approach to the control of dynamic interaction from the robot to its environment. In admittance control, the robot takes the force as input and computes the resulting velocity or acceleration as an output. When an external force such as a push is applied to the admittance mode robot, the controller induces the robot to move in the opposite direction until the force is minimized. Virtual parameters such as mass, spring and damping can be adjusted in the admittance control to change the relationship between force and position.

대조적으로, 임피던스 모드는 어드미턴스 모드의 역이다. 임피던스 모드에서, 로봇 콤포넌트에는 힘 출력을 발생시키는 위치 입력이 있다. 제어 루프는 위치 측정을 사용하여 외력을 출력할지 여부를 결정한다. 예를 들어, 임피던스 모드의 로봇은 벽에 닿을 때까지 앞으로 이동(입력)하고 5뉴턴(힘)의 일정한 힘으로 벽에 닿도록 지시할 수 있다. 임피던스 모드의 로봇에게 추종할 힘 프로파일이 주어지면, 로봇은 그 힘 프로파일을 유지하기 위해 움직일 것이다. 로봇 구성 요소는 어드미턴스 모드에서 적용된 외부 힘을 피하기 위해 멀어지고, 로봇 구성 요소는 임피던스 모드에서 적용된 외부 힘을 유지하기 위해 이동한다.In contrast, the impedance mode is the inverse of the admittance mode. In the impedance mode, the robot component has a position input for generating a force output. The control loop uses position measurement to determine whether to output an external force. For example, a robot in impedance mode can be moved forward (touching) until it touches a wall and point to a wall with a constant force of 5 Newton (force). Given a force profile to follow the robot in impedance mode, the robot will move to maintain its force profile. The robot components are moved away to avoid external forces applied in the admittance mode, and the robot components are moved to maintain the applied external force in the impedance mode.

단계 4140에서, 제1 로봇 암은 제1 로봇 암에서 사용자가 가하는 힘을 검출할 수 있다. 제1 로봇 암은 하나 이상의 링크 및 관절을 포함할 수 있으며; 제1 로봇 암은 조인트에 연결된 토크 센서 또는 링크의 외부 표면 위에 배치됨으로써 링크에 연결된 촉각 및/또는 힘 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 로봇 암은 그 사이의 링크에 의해 유지되는 일련의 액추에이터를 포함할 수 있으며, 액추에이터, 직렬 체인 암, 로봇 암은 각각의 조인트에서 토크를 감지하고 및/또는 로봇 암을 따라 촉감을 감지할 수 있다. 선택적으로 또는 조합하여, 힘 센서가 툴 베이스, 장치 조작기 또는 제1 로봇 암의 인터페이스 단부에 결합될 수 있다. 제2 로봇 암 등은 제1 로봇 암과 유사할 수 있다.In step 4140, the first robot arm may detect a force applied by the user in the first robot arm. The first robotic arm may include one or more links and joints; The first robot arm may include a tactile sensor and / or force sensor connected to the link by being disposed on an external surface of the torque sensor or link connected to the joint. For example, the robot arm may include a series of actuators held by a link therebetween, wherein the actuator, the serial chain arm, and the robotic arm sense torque at each joint and / Can be detected. Optionally or in combination, a force sensor can be coupled to the tool base, the device actuator, or the interface end of the first robotic arm. The second robot arm or the like may be similar to the first robot arm.

로봇 암은 외력이 발생하는 곳을 계산하기 위한 알고리즘을 구현하는 제어기에 결합될 수 있다. 촉각 센서를 사용할 때 활성화된 센서는 외력의 위치를 직접 나타낼 수 있다. 조인트에서의 토크 감지를 위해, 알고리즘은 암에 입력 힘이 발생할 수 있는 위치를 계산하기 위해 추정을 수행할 수 있다. 알고리즘은 입력이 슬로우 푸시, 퀵 탭, 쉐이크 또는 풀인지 여부와 같이 주어진 입력 유형을 읽을 수 있다.The robot arm may be coupled to a controller that implements an algorithm for computing where an external force is generated. When using the tactile sensor, the activated sensor can directly indicate the position of the external force. For torque sensing at the joint, the algorithm can perform an estimate to calculate the position at which the input force can occur in the arm. The algorithm can read a given input type, such as whether the input is a slow push, quick tab, shake, or pool.

단계 4150에서, 제1 로봇 암은 결정된 사용자가 가하는 힘 벡터에 기초하여 통상적으로 자동으로 이동할 수 있다.In step 4150, the first robotic arm can typically automatically move based on a force vector applied by the determined user.

단계 4160에서, 제2 로봇 암은 제1 로봇 암과의 가상 레일 정렬을 유지하기 위해 통상적으로 자동 및 동시에 이동할 수 있다. 일부 실시예에서, 제3 로봇 암 또는 추가 로봇 암(들)은 제1 및 제2 로봇 암과의 가상 레일 정렬을 유지하기 위해 통상적으로 자동 및 동시에 이동할 수 있다.In step 4160, the second robotic arm can be moved automatically and simultaneously to maintain virtual rail alignment with the first robotic arm. In some embodiments, the third robotic arm or additional robot arm (s) can typically move automatically and simultaneously to maintain a virtual rail alignment with the first and second robotic arms.

제1, 제2 및 임의의 추가 로봇 암은, X축, Y축 또는 Z축 중 하나 이상을 따라와 같이 이하 및 본 명세서에서 설명되는 많은 방식으로 움직일 수 있거나(이 경우 로봇 암은 동일한 이동 벡터를 가질 수 있음) 가상 레일 라인상의 포인트(이 경우, 로봇 암은 상이한 이동 벡터 및 크기를 가질 수 있음)를 중심으로 피벗 또는 회전할 수 있다. 예를 들어, 그러한 의사를 가진 사용자는 엔드 이펙터들 중 하나를 잡고 이동시킬 수 있고 가상 레일 정렬에 남아있는 엔드 이펙터들의 전체 세트를 이동할 수 있다. 다른 예에서, 로봇 암은 내시경 장치 또는 툴이 환자에게 투여되는 부위가 작동되는 지점을 중심으로 피봇될 수 있다. 일부 실시예에서, 시스템은 제3 또는 추가 로봇 암을 포함할 수 있고, 로봇 암의 서브 세트(예를 들어, 로봇 암 중 2개)에 인가된 힘은 로봇 암의 전체 세트가 가상 레일 정렬을 유지하는 방식으로 이동되도록 검출될 수 있다. 다른 예시에서, 그러한 의사를 갖는 사용자는 엔드 이펙터 중 2개를 잡고 실질적으로 유사한 이동 벡터로 이들을 X축, Y축 또는 Z축 중 하나 이상에서 각각 병진시킬 수 있으며 나머지 엔드 이펙터는 가상 레일 정렬을 유지하는 방식으로 자동으로 이동된다. 다른 예에서, 의사와 같은 사용자는 두 개의 엔드 이펙터를 잡고 각각 다른 이동 벡터로 그들을 변환할 수 있고 나머지 엔드 이펙터는 가상 레일 정렬을 유지하고 엔드 이펙터를 회전시키는 방식으로 자동으로 움직일 수 있다. 가상 레일에 관한 한 지점 또 다른 예에서, 엔드 이펙터는 그립 및 회전된 엔드 이펙터에 대해 엔드 이펙터의 가상 레일을 회전시키기 위해 잡아서 회전시킬 수 있다. 로봇 암 및 엔드 이펙터의 이동은 시스템이 엔드 이펙터 중 하나가 잡혔음을 검출할 때 병진 이동의 이동일 수 있으며, 로봇 암 및 엔드 이펙터의 이동은 시스템의 회전일 수 있고, 예를 들어, 하나의 엔드 이펙터가 회전될 때, 2개 이상의 엔드 이펙터가 파지되어 변환되는 것을 검출한다.The first, second and any further robotic arms can be moved in a number of ways as described below and herein, such as along one or more of the X, Y, or Z axes (in this case, (In this case, the robot arm may have different motion vectors and magnitudes) on the virtual rail line. For example, a user with such a physician can grab and move one of the end effectors and move the entire set of end effectors remaining in the virtual rail alignment. In another example, the robotic arm may be pivoted about the point at which the area where the endoscopic device or tool is administered to the patient is activated. In some embodiments, the system may include a third or additional robotic arm, and the force applied to a subset of the robotic arms (e.g., two of the robotic arms) And the like. In another example, a user with such a pseudo can hold two of the end effectors and translate them to one or more of the X, Y, or Z axes, respectively, with substantially similar motion vectors, while the remaining end effectors maintain virtual rail alignment And then moved automatically in such a way that In another example, a user such as a physician can grab two end effectors and convert them to different motion vectors, while the remaining end effectors can automatically move in a manner that maintains virtual rail alignment and rotates the end effector. In one instance of the virtual rail, the end effector can be grabbed and rotated to rotate the virtual rail of the end effector relative to the grip and the rotated end effector. The movement of the robot arm and the end effector may be translational movement when the system detects that one of the end effectors has been caught and the movement of the robot arm and end effector may be a rotation of the system, When the effector is rotated, it is detected that two or more end effectors are gripped and converted.

단계 4170에서, 로봇 수술 시스템의 어드미턴스/임피던스 모드가 비활성화될 수 있다. 어드미턴스/임피던스 모드는 음성 제어, 조이스틱 제어, 페달 제어, 컴퓨터 장치 제어, 센서 판독, 타임 아웃 등과 같은 임의의 수의 방법으로 비활성화될 수 있다. 다른 실시예에서, 어드미턴스/임피던스 모드는 외부에 인가된 힘이 없음을 감지한다. 일부 실시예에서, 어느 한 모드는 힘 임계치의 현저한 증가에 의해 효과적으로 비활성화될 수 있다.At step 4170, the admittance / impedance mode of the robotic surgery system may be deactivated. The admittance / impedance mode may be deactivated in any number of ways such as voice control, joystick control, pedal control, computer device control, sensor reading, timeout, and the like. In another embodiment, the admittance / impedance mode senses that there is no externally applied force. In some embodiments, either mode can be effectively deactivated by a significant increase in the force threshold.

비록 상기 단계들이 많은 실시예들에 따라 로봇 수술 시스템의 암들을 정렬하는 방법 4100을 나타내지만, 당업자는 본 명세서에서 설명된 교시에 기초하여 많은 변형 예들을 인식할 것이다. 단계는 다른 순서로 완료될 수 있다. 단계가 추가되거나 삭제될 수 있다. 일부 단계는 하위 단계를 포함할 수 있다. 많은 단계가 필요한 만큼 또는 반복적으로 반복될 수 있다.Although the above steps illustrate a method 4100 of aligning the cancers of a robotic surgery system in accordance with many embodiments, those skilled in the art will recognize many variations based on the teachings described herein. The steps may be completed in a different order. Steps may be added or deleted. Some steps may include sub-steps. Many steps can be repeated as often as necessary or repeatedly.

방법 4100의 하나 이상의 단계는 예를 들어, 프로그램 가능 어레이 로직 또는 필드 프로그램 가능 게이트 어레이와 같은 프로세서 또는 로직 회로 중 하나 이상을 사용하여 본 명세서에 기재된 회로로 수행될 수 있다. 회로는 여기에 설명된 제어 콘솔 또는 제어 컴퓨팅 유닛의 구성 요소일 수 있다. 회로는 방법 4100의 하나 이상의 단계를 제공하도록 프로그램될 수 있고, 프로그램은 예를 들면 컴퓨터 판독 가능 메모리 또는 프로그램 가능 어레이 로직 또는 필드 프로그램 가능 게이트 어레이와 같은 논리 회로의 프로그램된 단계에 저장된 프로그램 명령을 포함할 수 있다.One or more steps of method 4100 may be performed with the circuitry described herein using, for example, one or more of a processor or logic circuit, such as, for example, programmable array logic or a field programmable gate array. The circuitry may be a component of the control console or control computing unit described herein. The circuitry may be programmed to provide one or more steps of the method 4100 and the program includes program instructions stored in a programmed step of a logic circuit such as, for example, a computer-readable memory or programmable array logic or field programmable gate array can do.

도 42a에 도시된 바와 같이, 제1 로봇 암 툴 베이스(4208) 및 제2 로봇 암 툴 베이스(4210)는 가상 레일(4209)을 형성하도록 정렬될 수 있다. 도 42a에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 로봇 암 툴 베이스(4208, 4210)는 가상 레일(4209)을 유지하면서 X-축, Y-축 또는 Z-축 중 하나 이상으로 병진 이동될 수 있다. 제1 및 제2 로봇 암 툴 베이스(4208, 4210) 사이의 거리는 임의의 이동을 통해 일정하게 유지될 수 있다. 이러한 이동에서, 제1 및 제2 로봇 암의 이동 벡터는 동일하다. 경우에 따라 축방향 거리가 이동하는 동안 증가하거나 감소할 수 있다.42A, the first robot arm tool base 4208 and the second robot arm tool base 4210 may be arranged to form a virtual rail 4209. [ The first and second robotic arm tool bases 4208 and 4210 can be translated to one or more of the X-axis, Y-axis, or Z-axis while maintaining the virtual rail 4209 have. The distance between the first and second robotic arm tool bases 4208 and 4210 can be kept constant through any movement. In this movement, the movement vectors of the first and second robot arms are the same. In some cases, the axial distance may increase or decrease during movement.

제1 및 제2 로봇 암 툴 베이스들(4208, 4210)은 또한 가상 레일(4209)의 회동(pivoting)을 시뮬레이션하기 위해 상이한 이동 벡터로 이동될 수 있다. 도 42b에 도시된 바와 같이, 가상 레일(4209)은 제1 로봇 암 툴베이스(4208)와 같은 툴 베이스 중 하나를 중심으로 선회할 수 있다. 이러한 경우, 제2 로봇 암 툴 베이스(4210)의 이동 벡터는 최소인 제1 로봇 암 툴 베이스(4210)의 이동 벡터보다 실질적으로 더 클 수 있다. 제1 로봇 암 툴 베이스(4208)는 대안적으로 제2 로봇 암 툴 베이스(4210)를 중심으로 회동할 수 있다.The first and second robotic arm tool bases 4208 and 4210 may also be moved to different motion vectors to simulate the pivoting of the virtual rail 4209. [ As shown in FIG. 42B, the virtual rail 4209 can pivot about one of the tool bases, such as the first robot arm tool base 4208. In this case, the motion vector of the second robot arm tool base 4210 may be substantially larger than the motion vector of the first robot arm tool base 4210, which is the minimum. The first robotic arm tool base 4208 may alternatively be pivotable about the second robotic arm tool base 4210. [

도 42c에 도시된 바와 같이, 가상 레일(4209)은 제1 및 제2 로봇 암 툴 베이스(4208, 4210) 사이의 가상 레일 라인 상의 피봇점(4213)을 중심으로 회동할 수 있다. 이러한 경우, 2개의 로봇 암 툴베이스(4208,4210) 크기는 비슷하지만 방향이 반대일 수 있다.42C, the virtual rail 4209 can pivot about a pivot point 4213 on the virtual rail line between the first and second robot arm tool bases 4208 and 4210. [ In this case, the sizes of the two robot arm tool bases 4208 and 4210 may be similar but opposite in direction.

도 42d에 도시된 바와 같이, 가상 레일(4209)은 제1 및 제2 로봇 암 툴 베이스(4208, 4210)를 넘어서 가상 레일 라인상의 피벗점(4215)을 중심으로 선회할 수 있다. 그러한 경우, 제2 로봇 암 툴 베이스(4210)의 이동 벡터는 제1 로봇 암 툴 베이스(4208)의 이동 벡터보다 실질적으로 더 클 수 있다. 도 42d에 도시된 바와 같이, 피봇점(4215)은 제1 로봇 암 툴 베이스(4208)의 "좌측"의 가상 레일 선상에 놓인다. 대안적으로, 피봇점(4215)은 제2 로봇 암 툴 베이스(4208)의 "우측"의 가상 레일 상에 놓일 수 있다.42D, the virtual rail 4209 can pivot about the pivot point 4215 on the virtual rail line beyond the first and second robotic arm tool bases 4208 and 4210. [ In such a case, the motion vector of the second robot arm tool base 4210 may be substantially larger than the motion vector of the first robot arm tool base 4208. 42D, the pivot point 4215 lies on the virtual rail line of the "left" side of the first robotic arm tool base 4208. [ Alternatively, the pivot point 4215 may rest on the "right" virtual rail of the second robotic arm tool base 4208. [

도 42b 내지 도 42d는 가상 레일의 반시계 방향 및 약 30도의 각도로의 회동을 도시하지만, 이러한 회동 방향 및 각도는 단지 예로서 도시된다. 가상 레일은 0도에서 360도 사이의 임의의 각도로 시계 방향으로 선회될 수 있다.Figures 42b to 42d illustrate the pivoting of the virtual rail in an anticlockwise direction and at an angle of about 30 degrees, but such pivoting directions and angles are shown by way of example only. The virtual rail can be turned clockwise at any angle between 0 and 360 degrees.

어드미턴스/임피던스 모드.Admittance / Impedance mode.

의사 및 보조자가 수술 업무를 수행하는 수술실에서, 보조자는 통상적으로 의사를 위한 기구를 잡고 있다. 이 기구(예 : 카메라 또는 풀기)는 주기적으로 위치를 변경해야 하므로 고정식 고정 장치로 고정시킬 수 없다. 로봇을 사용하면 보조자의 필요성이 줄어들 수 있지만 조이스틱이나 토글 버튼으로 많은 로봇을 제어하는 것은 직관적이지 않다. 마찬가지로, 로봇에 대한 제어 인터페이스의 불편함 때문에 부분적으로 새로운 환자마다 로봇 시스템을 설치하는 것이 느리다. 본 발명은 직관적이고 용이한 인간-로봇 상호 작용 모드를 생성하기 위해 센서, 제스처 인식 및 어드미턴스/임피던스 제어가 사용되는 시스템, 장치 및 방법을 제공한다.In the operating room where doctors and assistants perform the surgical tasks, the assistant usually holds a device for the doctor. This device (eg camera or unwind) can not be fixed with a fixed fixture because it must change its position periodically. Using robots can reduce the need for assistants, but controlling many robots with a joystick or toggle button is not intuitive. Likewise, due to the inconvenience of the control interface to the robot, it is slow to install the robot system in part for each new patient. The present invention provides a system, apparatus and method in which sensors, gesture recognition and admittance / impedance control are used to create an intuitive and easy human-robot interaction mode.

본 발명은 기대 동작을 명령하기 위해 암에서의 탭, 푸시 또는 당김과 같은 자연적인 사람의 입력을 취하는 로봇의 감지 및 제어를 제공한다. 예를 들어 암의 "팔꿈치(elbow)"(예를 들면, 로봇 암의 조인트)를 두 번 탭하는 것은 "손목(wrist)"은 유지한 채 팔꿈치만을 움직이는 것을 의미할 수 있다. 또 다른 예시에서, "팔뚝(forearm)"(예를 들면 로봇 암의 링크)이 견고하게 고정되고 "손목"(예를 들면, 툴 베이스, 인터페이스 단부 또는 로봇 암의 장치 작동자)이 당겨지면, 팔 위치는 유지한 채 "손목"만을 회전시키는 것을 의미할 수 있다. 세 번째 예시에서, "손목"이 스스로 밀리면 팔 전체가 "손목"의 새로운 위치를 따르는 것을 의미할 수 있다. 로봇은 팔에 터치 입력을 가하는 위치와 방법을 감지하고 이러한 입력(탭, 더블 탭, 잡아 당김(tug), 진동 등)을 사용하여 로봇이 모션 명령으로서 강제 입력을 취하는 제어 방식인 어드미턴스 모드를 활성화함으로써 이를 수행한다. 어떤 관절이 작동될 수 있는지 또는 동작의 가상 한계와 같은 어드미턴스 모드의 동작은 주어진 입력의 유형에 의해 규정된다.The present invention provides sensing and control of robots that take natural human input, such as tapping, pushing or pulling, in the arm to command an expected action. For example, double-tapping an "elbow" of a cancer (eg, a joint of a robot arm) can mean moving only the elbow while maintaining the "wrist". In another example, if a "forearm" (eg, a link of a robotic arm) is rigidly secured and a "wrist" (eg, a tool base, interface end or device operator of a robotic arm) The arm position may mean rotating only the "wrist" while maintaining it. In the third example, if the "wrist" is pushed by itself, it may mean that the entire arm follows the new position of the "wrist". The robot senses the position and method of applying touch input to the arm and activates the admittance mode, which is a control method in which the robot takes a forced input as a motion command by using these inputs (tap, double tap, tug, vibration, Thereby accomplishing this. The behavior of the admittance mode, such as which joints can be operated or the virtual limit of motion, is specified by the type of input given.

자연적인 입력의 사용은 가상 레일을 조작하는 것 이외의 경우까지 확장될 수 있다. 일 실시예에서, 암이 회동 모드에 있다면, 대략적인 방향으로 강한 당김은 어드미턴스 모드를 토글(toggle)하고 회동 지점을 통과하는 직선을 따라 레일을 후퇴시킬 수 있다. 다른 실시예에서, 엔드 이펙터 상에 툴이 존재하지 않으면, 의사에 의해 인가된 큰 하향력은 로봇 암을 보관하기 위한 적재 시퀀스로 설정할 수 있다. 다른 실시예에서, 시스템은 암을 수용하기 전에 확인을 요청할 수 있다.The use of natural inputs can be extended to anything other than manipulating the virtual rail. In one embodiment, if the arm is in the tilting mode, a strong pull in the approximate direction may toggle the admittance mode and retract the rail along a straight line passing through the tilting point. In another embodiment, if there is no tool on the end effector, the large downward force applied by the physician may be set to the loading sequence for storing the robotic arm. In another embodiment, the system may request confirmation before accepting the cancer.

일부 실시예들에서, 어드미턴스 모드는 통상적으로 비활성화될 수 있다. 본 개시는 로봇 암의 정밀한 제어를 제공하고 의도하지 않은 외부 교란을 보상할 수 있다. 터치 제스처 또는 입력이 주어지면, 알고리즘은 사용자의 의도를 이해하고 어드미턴스 모드가 의도한 동작과 일치하도록 한다. 이것은 어드미턴스 모드를 토글하는 다른 모드를 대체할 수 있다. 외력이 제거되면 알고리즘은 입력을 감지하지 않고 주어진 대기 시간 후 순간적으로 또는 (가상 감쇠 및 강성 증가에 의해) 점차 어드미턴스 모드를 비활성화한다.In some embodiments, the admittance mode can typically be deactivated. The present disclosure provides precise control of the robotic arm and can compensate for unintended external disturbances. Given a touch gesture or input, the algorithm understands the user's intent and makes the admittance mode consistent with the intended behavior. This can replace other modes that toggle the admittance mode. Once the external force is removed, the algorithm does not sense the input and gradually deactivates the admittance mode momentarily (by virtue of the virtual damping and stiffness increase) after a given waiting time.

도 43은 로봇 수술 시스템의 로봇 암(들)을 조작하기 위한 방법 4300을 나타내는 흐름도이다. 로봇 수술 시스템의 암은 환자를 수술하기 전, 수술하는 중, 또는 수술한 후에 방법 4300에 따라 조작될 수 있다.43 is a flow chart illustrating a method 4300 for manipulating the robot arm (s) of the robotic surgery system. Cancer of the robotic surgical system may be manipulated according to method 4300 before, during, or after surgery.

단계 4310에서, 로봇 수술 시스템의 어드미턴스/임피던스 모드가 활성화될 수 있다. 어드미턴스/임피던스 모드는 위에서 설명된 바와 같이 사용자가 로봇 암에 힘을 가하는(즉, 터치 및 접촉하는) 것에 의해 가능해질 수 있다. 대안적으로 또는 조합하여, 어드미턴스/임피던스 모드는 몇 가지 예를 들자면, 로봇 암과 통신하는 풋 페달, 로봇 암과 통신하는 조이스틱, 음성 명령, 검출된 빛, 또는 로봇 암과의 통신하는 컴퓨팅 장치로부터 수신된 사용자 명령에 의해 활성화될 수 있다. 일부 실시예에서, 로봇 암의 초기 위치가 기억될 수 있다. 일부 실시예에서, 로봇 암은 사용자에 의해 결정된 다수의 위치를 기억할 수 있도록 구성될 수 있다.In step 4310, the admittance / impedance mode of the robotic surgery system may be activated. The admittance / impedance mode may be enabled by the user applying force (i.e., touching and contacting) the robot arm as described above. Alternatively, or in combination, the admittance / impedance mode may include, for example, a foot pedal in communication with the robotic arm, a joystick in communication with the robotic arm, a voice command, a detected light, or a computing device communicating with the robotic arm It can be activated by the received user command. In some embodiments, the initial position of the robotic arm can be stored. In some embodiments, the robot arm may be configured to store a plurality of locations determined by the user.

단계 4320에서, 로봇 암은 사용자가 터치, 그랩(grap), 탭, 푸쉬, 풀 등과 같은 로봇 암에 가하는 힘을 검출할 수 있다. 로봇 암은 하나 이상의 링크 및 관절을 포함할 수 있으며, 로봇 암은 링크의 외부 표면 위에 배치되는 것과 같이 링크에 연결된 촉각 센서 또는 조인트에 연결된 토크 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 로봇 암은 그 사이의 링크에 의해 유지되는 일련의 액추에이터를 포함할 수 있으며, 7개의 액추에이터 및 직렬 체인 암을 포함할 수 있고, 로봇 암은 각각의 조인트에서 토크를 감지하고/감지하거나 로봇 암을 따라 촉감을 감지할 수 있다. 대안적으로 또는 조합하여, 힘 센서가 툴 베이스, 장치 조작기 또는 로봇 암의 인터페이스 단부에 연결될 수 있다.In step 4320, the robot arm may detect a force applied by the user to the robot arm, such as a touch, a grap, a tap, a push, a pull, The robotic arm may include one or more links and joints, and the robot arm may include a tactile sensor connected to the link, such as disposed on the outer surface of the link, or a torque sensor coupled to the joint. For example, the robotic arm may include a series of actuators held by a link therebetween, and may include seven actuators and a series chain arm, wherein the robotic arm senses and / Or tactile sensation along the robot arm. Alternatively or in combination, a force sensor may be connected to the interface end of the tool base, the device actuator, or the robotic arm.

일부 실시예에서, 촉각 센서 및/또는 토크 센서는 또한 로봇의 물리적 상호 작용을 환경과 함께 기록할 수 있다. 예를 들어, 센서는 의사 및 로봇 작동 공간을 결정하고 규정하기 위해 분석될 수 있는 의사의 부주의한 힘(예를 들어, 범핑(bumping))을 포착할 수 있다.In some embodiments, the tactile sensor and / or torque sensor may also record the physical interaction of the robot with the environment. For example, the sensor may capture the physician's inadvertent force (e.g., bumping) that can be analyzed to determine and define the physician and robot working space.

단계 4330에서, 사용자 의도는 검출된 힘에 기초하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 로봇 수술 시스템은 인가된 힘이 홀드, 푸시, 당김, 탭, 복수의 탭, 회전, 또는 로봇 암의 부분 또는 전체의 쉐이크 중 하나 이상인지 여부를 결정할 수 있다. 일부 실시예들에서, 검출된 힘은 어드미턴스 모드의 온오프를 토글링(toggling)하는 것을 나타낼 수 있다.In step 4330, the user intent may be determined based on the detected force. For example, the robotic surgical system may determine whether the applied force is one or more of hold, push, pull, tap, multiple taps, rotation, or a shake of a portion or an entire robot arm. In some embodiments, the detected force may indicate toggling the on / off of the admittance mode.

로봇 암은 외력이 발생하는 곳을 계산할 수 있는 알고리즘을 구현하는 제어기에 결합될 수 있다. 촉각 센서를 사용할 때 활성화된 센서는 외력의 위치를 직접 나타낼 수 있다. 조인트에서의 토크 감지를 위해, 알고리즘은 암에 입력 힘이 발생할 수 있는 위치를 계산하기 위해 추정을 수행할 수 있다. 알고리즘은 입력이 슬로우 푸시, 퀵 탭, 쉐이크 또는 풀인지 여부와 같이 주어진 입력 유형을 읽을 수 있다. 알고리즘은 여러 어드미턴스 모드를 토글하기 위해 케이스 라이브러리를 사용할 수 있다. 라이브러리는 미리 설정되거나 적응적으로 학습될 수 있다. 일부 실시예에서, 로봇 암은 터치 명령에 추가하여 또는 터치 명령 대신에 음성 또는 다른 명령에 대해 응답할 수 있다.The robot arm can be coupled to a controller that implements an algorithm that can calculate where external forces are generated. When using the tactile sensor, the activated sensor can directly indicate the position of the external force. For torque sensing at the joint, the algorithm can perform an estimate to calculate the position at which the input force can occur in the arm. The algorithm can read a given input type, such as whether the input is a slow push, quick tab, shake, or pool. The algorithm can use a case library to toggle the various admittance modes. The library can be pre-set or adaptively learned. In some embodiments, the robot arm may respond to voice or other commands in addition to or in addition to a touch command.

단계 4340에서, 로봇 암은 결정된 사용자 의도에 기초하여 이동될 수 있다. 일부 실시예에서, 어드미턴스/임피던스 모드는 검출된 힘에 기초하여, 즉, 인가된 힘이 어드미턴스/임피던스 모드를 가능하게 하기 위한 패턴과 일치하는 경우에 활성화될 수 있다. 로봇 암은 또한 그것에 작용하는 힘의 특성에 따라 다양한 패턴으로 움직일 수 있다. 예를 들어, 로봇 암에 인가된 힘은 로봇 암의 조인트상의 하나 이상의 탭을 포함하고, 로봇 암의 조인트는 하나 이상의 다른 조인트의 위치 또는 암의 인터페이스 단부의 위치를 유지하면서 자동으로 이동될 수 있다는 점이 결정될 수 있다. 다른 예시에서, 로봇 암에 인가된 힘은 로봇 암의 인터페이스 단부 상의 풀을 포함하며, 로봇 암의 조인트의 위치는 유지되고, 로봇 암의 인터페이스 단부는 단순히 회전하는 것이 결정될 수 있다. 또 다른 예에서, 로봇 암에 인가된 힘은 로봇 암의 인터페이스 단에서 가압 또는 당김을 포함하고, 로봇 암의 인터페이스 단부는 푸시 또는 당김에 응답하여 자동적으로 이동될 수 있으며, 인터페이스 단부의 이동을 따라 전체 로봇 암이 자동적으로 이동될 수 있다는 것이 결정될 수 있다.In step 4340, the robot arm may be moved based on the determined user intent. In some embodiments, the admittance / impedance mode can be activated based on the detected force, i. E., When the applied force matches the pattern to enable the admittance / impedance mode. The robot arm can also be moved in various patterns depending on the characteristics of the force acting on it. For example, the force applied to the robot arm may include one or more tabs on the joint of the robot arm, and the joint of the robot arm may be automatically moved while maintaining the position of one or more other joints or the interface end of the arm A point can be determined. In another example, the force applied to the robotic arm includes a pool on the interface end of the robotic arm, the position of the joint of the robotic arm is maintained, and the interface end of the robotic arm simply can be determined to rotate. In another example, the force applied to the robot arm includes pressing or pulling at the interface end of the robot arm, and the interface end of the robot arm can be automatically moved in response to pushing or pulling, It can be determined that the entire robot arm can be automatically moved.

일부 실시예에서, 로봇 수술 시스템의 다른 부분의 동작은 사용자가 가한 힘 또는 접촉에 반응하여 변화할 수 있다. 예를 들어, 로봇 베이스의 두 번 탭하면 펌프가 작동할 수 있다. 일 실시예에서, 크거나 갑작스러운 힘은 로봇을 외력 또는 터치에 의해 명령이 유발되지 않는 "안전한" 상태로 설정할 수 있다. 다른 실시예에서, "마스터/슬레이브" 또는 "미러링" 모드는 외과용 베드의 일측의 암들로부터의 힘 및 토크 판독값을 이용하여 다른 측의 암에 이동을 명령할 수 있다.In some embodiments, the operation of other portions of the robotic surgery system may change in response to a force or contact applied by the user. For example, if you tap twice on the robot base, the pump can operate. In one embodiment, a greater or abrupt force may set the robot to a "safe" state that is not commanded by an external force or a touch. In another embodiment, the "master / slave" or "mirroring" mode may command movement to the arm of the other side using force and torque readings from one arm of the surgical bed.

단계 4350에서, 로봇 수술 시스템의 어드미턴스/임피던스 모드가 비활성화될 수 있다. 일부 실시예에서, 로봇 암은 기억된 초기 위치로 복귀할 수 있다. 일부 실시예에서, 로봇 암은 미리 기억되는 기설정 위치들 중 임의의 위치로 복귀하도록 명령받을 수 있다. 로봇 암은 본 명세서에 설명된 제어 방식 중 하나를 통해 지시될 수 있다. 일부 실시예에서, 로봇 수술 시스템의 어드미턴스/임피던스 모드는 이동 명령 이후에 작동자 명령이 수행될 때까지 비활성화되지 않을 수 있다.At step 4350, the admittance / impedance mode of the robotic surgery system may be deactivated. In some embodiments, the robot arm may return to the stored initial position. In some embodiments, the robot arm may be commanded to return to any of the preset locations that are prestored. The robotic arm may be indicated through one of the control schemes described herein. In some embodiments, the admittance / impedance mode of the robotic surgery system may not be deactivated until an operator command is performed after the move command.

비록 상기 단계들이 많은 실시예들에 따라 로봇 수술 시스템의 로봇 암(들)을 조작하는 방법 4300을 나타내지만, 당업자는 본 명세서에 설명된 교시에 기초하여 많은 변형을 인식할 것이다. 단계는 다른 순서로 완료될 수 있다. 단계가 추가되거나 삭제될 수 있다. 일부 단계는 하위 단계를 포함할 수 있다. 많은 단계가 필요한 만큼 또는 유리한 만큼 반복될 수 있다.Although the above steps illustrate a method 4300 of operating the robotic arm (s) of a robotic surgery system in accordance with many embodiments, those skilled in the art will recognize many variations based on the teachings described herein. The steps may be completed in a different order. Steps may be added or deleted. Some steps may include sub-steps. Many steps can be repeated as necessary or advantageously.

방법 4300의 하나 이상의 단계들은 예를 들어, 프로그램 가능한 어레이 로직 또는 필드 프로그램 가능한 게이트 어레이와 같은 프로세서 또는 로직 회로 중 하나 이상을 사용하여 본 명세서에 기재된 회로로 수행될 수 있다. 회로는 본 명세서에 설명된 제어 콘솔 또는 제어 컴퓨팅 유닛의 구성 요소일 수 있다. 예를 들어, 회로는 방법 4300의 하나 이상의 단계들을 제공하도록 프로그램될 수 있고, 프로그램은 컴퓨터 판독 가능 메모리 또는 프로그램 가능 어레이 로직 또는 필드 프로그램 가능 게이트 어레이와 같은 논리 회로의 프로그램된 단계들에 저장된 프로그램 명령들을 포함할 수 있다.One or more steps of the method 4300 may be performed with the circuitry described herein using one or more of a processor or logic circuit, such as, for example, programmable array logic or a field programmable gate array. The circuitry may be a component of the control console or control computing unit described herein. For example, the circuit may be programmed to provide one or more steps of the method 4300, and the program may be stored in a computer readable memory or programmable array logic or programmed instructions stored in programmed steps of a logic circuit, such as a field programmable gate array Lt; / RTI >

다양한 실시예를 비교하기 위해, 이들 실시예의 특정 양태 및 이점이 설명된다. 반드시 그러한 모든 양태 또는 이점이 임의의 특정 실시예에 의해 달성되는 것은 아니다. 따라서, 예를 들어 본 명세서에서 교시되거나 제시된 바와 같은 다른 양태 또는 이점을 반드시 달성하지 않고서 본 명세서에 교시된 바와 같은 장점들을 달성하거나 최적화하는 방식으로 다양한 실시예들이 수행될 수 있다.In order to compare various embodiments, certain aspects and advantages of these embodiments are described. And not necessarily all such aspects or advantages may be achieved by any particular embodiment. Accordingly, various embodiments may be performed in a manner that accomplishes or optimizes the advantages as taught herein without necessarily achieving other aspects or advantages, for example, as taught or shown herein.

본 명세서의 임의의 실시예와 함께 도시된 요소 또는 구성은 특정 실시예에 대한 예시이며 본 명세서에 개시된 다른 실시예에서 사용되거나 그와 조합하여 사용될 수 있다. 본 발명은 다양한 변형 및 대안적인 형태가 가능하며, 그 특정 예가 도면에 도시되어 있으며 본 명세서에서 상세히 설명된다. 그러나, 본 발명은 개시된 특정 형태 또는 방법으로 제한되지 않으며, 반대로 모든 변형, 균등물 및 치환을 포함한다.Elements or configurations shown with any embodiment of the disclosure are illustrative of specific embodiments and may be used in conjunction with or in combination with other embodiments disclosed herein. The invention is susceptible to various modifications and alternative forms, of which specific examples are shown in the drawings and are herein described in detail. However, the invention is not intended to be limited to the particular form or method disclosed, but on the contrary, includes all modifications, equivalents and substitutions.

Claims (81)

서로에 대해 미리 결정된 이격 거리 및 방향을 가지는 제1 로봇 암 및 제2 로봇 암을 포함하는 로봇 암 시스템을 제공하는 단계;
상기 제1 로봇 암으로 상기 제1 로봇 암에 인가된 힘을 검출하는 단계;
검출된 힘에 응답하여 제1 이동 벡터로 상기 제1 로봇 암을 자동적으로 이동시키는 단계; 및
상기 제1 로봇 암과 상기 제2 로봇 암 사이의 상기 미리 결정된 이격 거리 및 방향이 유지되도록, 검출된 힘에 응답하여 제2 이동 벡터로 상기 제2 로봇 암을 자동적으로 이동시키는 단계를 포함하는 로봇 암 시스템 이동 방법.
Providing a robot arm system including a first robot arm and a second robot arm having predetermined distances and orientations relative to one another;
Detecting a force applied to the first robot arm by the first robot arm;
Automatically moving the first robot arm with a first motion vector in response to the detected force; And
And automatically moving the second robot arm to a second motion vector in response to the detected force so that the predetermined distance and direction between the first robot arm and the second robot arm is maintained, How to Move Cancer System.
제1 항에 있어서,
상기 제1 로봇 암과 상기 제2 로봇 암 사이의 상기 미리 결정된 이격 거리 및 방향은 상기 제1 로봇 암과 상기 제2 로봇 암 사이의 선형 정렬을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 암 시스템 이동 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the predetermined spacing distance and direction between the first robot arm and the second robot arm comprises a linear alignment between the first robot arm and the second robot arm.
제1 항 내지 제2 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 로봇 암 및 상기 제2 로봇 암 사이의 선형 정렬은 상기 제1 로봇 암 및 상기 제2 로봇 암의 인터페이스 단부들 사이의 선형 정렬을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 암 시스템 이동 방법.
3. The method according to any one of claims 1 to 2,
Wherein the linear alignment between the first robot arm and the second robot arm comprises a linear alignment between interface ends of the first robot arm and the second robot arm.
제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 로봇 암을 자동적으로 이동시키는 단계는 상기 제1 로봇 암 및 상기 제2 로봇 암에 의해 형성된 라인 상의 지점을 중심으로 상기 제1 로봇 암의 인터페이스 단부를 회동시키는 단계를 포함하고,
상기 제2 로봇 암을 자동적으로 이동시키는 단계는 상기 제1 로봇 암 및 상기 제2 로봇 암에 의해 형성된 라인 상의 지점을 중심으로 상기 제2 로봇 암의 인터페이스 단부를 회동시키는 단계을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 암 시스템 이동 방법.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein the step of automatically moving the first robot arm comprises rotating the interface end of the first robot arm about a point on a line formed by the first robot arm and the second robot arm,
Wherein the step of automatically moving the second robot arm includes rotating the interface end of the second robot arm about a point on the line formed by the first robot arm and the second robot arm A method of moving a robot arm system.
제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 라인 상의 지점은 상기 제1 로봇 암 및 상기 제2 로봇 암의 인터페이스 단부 사이에 있는 것을 특징으로 하는 로봇 암 시스템 이동 방법.
5. The method according to any one of claims 1 to 4,
And a point on the line is between an interface end of the first robot arm and the interface end of the second robot arm.
제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 라인 상의 지점은 상기 제1 로봇 암 및 상기 제2 로봇 암의 인터페이스 단부 너머에 있는 것을 특징으로 하는 로봇 암 시스템 이동 방법.
6. The method according to any one of claims 1 to 5,
Wherein the point on the line is beyond an interface end of the first robot arm and the second robot arm.
제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 로봇 암 및 상기 제2 로봇 암 사이의 상기 미리 결정된 이격 거리 및 방향이 유지되도록 검출된 힘에 응답하여 상기 제2 로봇 암을 자동으로 이동시키는 단계는 상기 제1 로봇 암 및 상기 제2 로봇 암을 X축, Y축 및 Z축 중 하나 이상을 따라 함께 병진시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 암 시스템 이동 방법.
7. The method according to any one of claims 1 to 6,
Wherein the step of automatically moving the second robot arm in response to the detected force such that the predetermined distance and direction between the first robot arm and the second robot arm is maintained comprises moving the first robot arm and the second robot arm And translating the robot arm together along at least one of an X-axis, a Y-axis, and a Z-axis.
제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 이동 벡터와 상기 제2 이동 벡터는 동일한 것을 특징으로 하는 로봇 암 시스템 이동 방법.
8. The method according to any one of claims 1 to 7,
Wherein the first motion vector and the second motion vector are the same.
제1 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 이동 벡터와 상기 제2 이동 벡터는 서로 상이한 것을 특징으로 하는 로봇 암 시스템 이동 방법.
9. The method according to any one of claims 1 to 8,
Wherein the first motion vector and the second motion vector are different from each other.
제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 로봇 암 시스템은 제3 로봇 암을 더 포함하고,
상기 제1 로봇 암, 상기 제2 로봇 암 및 상기 제3 로봇 암은 서로에 대해 미리 결정된 이격 거리 및 방향을 가지는 것을 특징으로 하는 로봇 암 시스템 이동 방법.
10. The method according to any one of claims 1 to 9,
The robot arm system further includes a third robot arm,
Wherein the first robot arm, the second robot arm, and the third robot arm have a predetermined separation distance and direction with respect to each other.
제1 항 내지 제10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 로봇 암, 상기 제2 로봇 암 및 상기 제3 로봇 암 사이의 상기 미리 결정된 이격 거리 및 방향이 유지되도록 상기 검출된 힘에 응답하여 제3 이동 벡터로 상기 제3 로봇 암을 자동으로 이동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 암 시스템 이동 방법.
11. The method according to any one of claims 1 to 10,
The third robot arm is automatically moved to the third movement vector in response to the detected force such that the predetermined distance and direction between the first robot arm, the second robot arm, and the third robot arm is maintained The method further comprising the step of:
제1 항 내지 제11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 로봇 암, 상기 제2 로봇 암 및 상기 제3 로봇 암 사이의 상기 미리 결정된 이격 거리 및 방향은 상기 제1 로봇 암, 상기 제2 로봇 암 및 상기 제3 로봇 암 사이의 선형 정렬을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 암 시스템 이동 방법.
12. The method according to any one of claims 1 to 11,
Wherein the predetermined spacing distance and direction between the first robot arm, the second robot arm, and the third robot arm includes a linear alignment between the first robot arm, the second robot arm, and the third robot arm And moving the robot arm to the robot arm.
제1 항 내지 제12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 로봇 암, 상기 제2 로봇 암 및 상기 제3 로봇 암 사이의 선형 정렬은 상기 제1 로봇 암, 상기 제2 로봇 암 및 상기 제3 로봇 암의 인터페이스 단부들 사이의 선형 정렬을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 암 시스템 이동 방법.
13. The method according to any one of claims 1 to 12,
Wherein a linear alignment between the first robotic arm, the second robotic arm, and the third robotic arm includes a linear alignment between interface ends of the first robotic arm, the second robotic arm, and the third robotic arm Wherein the robot arm is moved in the direction of the robot arm.
제1 항 내지 제13 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 로봇 암을 자동으로 이동시키는 단계는 상기 제1 로봇 암, 상기 제2 로봇 암 및 상기 제3 로봇 암에 의해 형성된 라인 상의 지점에 대해 상기 제1 로봇 암의 인터페이스 단부를 회동시키는 단계를 포함하며,
상기 제2 로봇 암을 자동으로 이동시키는 단계는 상기 제1 로봇 암, 상기 제2 로봇 암 및 상기 제3 로봇 암에 의해 형성된 라인 상의 지점에 대해 상기 제2 로봇 암의 인터페이스 단부를 회동시키는 단계를 포함하고,
상기 제3 로봇 암을 자동으로 이동시키는 단계는 상기 제1 로봇 암, 상기 제2 로봇 암 및 상기 제3 로봇 암에 의해 형성된 라인 상의 지점에 대해 상기 제3 로봇 암의 인터페이스 단부를 회동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 암 시스템 이동 방법.
14. The method according to any one of claims 1 to 13,
Wherein the step of automatically moving the first robot arm comprises rotating the interface end of the first robot arm relative to a point on the line formed by the first robot arm, the second robot arm and the third robot arm ≪ / RTI &
Wherein the step of automatically moving the second robot arm comprises rotating the interface end of the second robot arm with respect to a point on the line formed by the first robot arm, the second robot arm and the third robot arm Including,
The step of automatically moving the third robot arm may include rotating the interface end of the third robot arm with respect to a point on the line formed by the first robot arm, the second robot arm, and the third robot arm And moving the robot arm to move the robot arm.
제1 항 내지 제14 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 라인 상의 지점은 상기 제1 로봇 암, 상기 제2 로봇 암 및 상기 제3 로봇 암의 인터페이스 단부 중 둘 이상의 사이에 있는 것을 특징으로 하는 로봇 암 시스템 이동 방법.
15. The method according to any one of claims 1 to 14,
Wherein the point on the line is between two or more of the interface ends of the first robot arm, the second robot arm, and the third robot arm.
제1 항 내지 제15 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 라인 상의 지점은 상기 제1 로봇 암, 상기 제2 로봇 암 및 상기 제3 로봇 암의 인터페이스 단부 중 둘 이상의 너머에 있는 것을 특징으로 하는 로봇 암 시스템 이동 방법.
16. The method according to any one of claims 1 to 15,
Wherein the point on the line is located at least two of the interface ends of the first robot arm, the second robot arm, and the third robot arm.
제1 항 내지 제16 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 로봇 암, 상기 제2 로봇 암 및 상기 제3 로봇 암 사이의 상기 미리 결정된 이격 거리 및 방향이 유지되도록 검출된 힘에 응답하여 상기 제3 로봇 암을 자동으로 이동시키는 단계는, 상기 제1 로봇 암, 상기 제2 로봇 암 및 상기 제3 로봇 암을 X축, Y축 및 Z축 중 하나 이상을 함께 병진시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 암 시스템 이동 방법.
17. The method according to any one of claims 1 to 16,
The step of automatically moving the third robot arm in response to a force detected so as to maintain the predetermined distance and direction between the first robot arm, the second robot arm, and the third robot arm, And translating at least one of the first robot arm, the second robot arm, and the third robot arm along at least one of an X-axis, a Y-axis, and a Z-axis.
제1 항 내지 제17 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 이동 벡터, 상기 제2 이동 벡터 및 상기 제3 이동 벡터 중 둘 이상은 동일한 것을 특징으로 하는 로봇 암 시스템 이동 방법.
18. The method according to any one of claims 1 to 17,
Wherein at least two of the first motion vector, the second motion vector, and the third motion vector are the same.
제1 항 내지 제18 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 이동 벡터, 상기 제2 이동 벡터 및 상기 제3 이동 벡터 중 둘 이상은 서로 상이한 것을 특징으로 하는 로봇 암 시스템 이동 방법.
19. The method according to any one of claims 1 to 18,
Wherein at least two of the first motion vector, the second motion vector, and the third motion vector are different from each other.
제1 항 내지 제19 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 로봇 암으로 상기 제1 로봇 암에 인가된 힘을 검출하는 단계는 상기 제1 로봇 암의 조인트에 인가된 토크를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 암 시스템 이동 방법.
20. The method according to any one of claims 1 to 19,
Wherein detecting the force applied to the first robotic arm by the first robotic arm comprises detecting a torque applied to the joint of the first robotic arm.
제1 항 내지 제20 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 로봇 암에 인가된 힘은 환자의 수술 중에 검출되는 것을 특징으로 하는 로봇 암 시스템 이동 방법.
21. The method according to any one of claims 1 to 20,
Wherein the force applied to the first robot arm is detected during operation of the patient.
제1 항 내지 제21 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 검출된 힘에 응답하여 상기 로봇 암 시스템의 이동 모드를 활성화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 암 시스템 이동 방법.
22. The method according to any one of claims 1 to 21,
And activating a movement mode of the robot arm system in response to the detected force.
제1 항 내지 제22 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 로봇 암 시스템의 이동 모드는 어드미턴스 모드 및 임피던스 모드 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 암 시스템 이동 방법.
23. The method according to any one of claims 1 to 22,
Wherein the moving mode of the robot arm system includes at least one of an admittance mode and an impedance mode.
제1 항 내지 제23 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 로봇 암 및 상기 제2 로봇 암이 이동한 후에 상기 로봇 암 시스템의 이동 모드를 비활성화하는 단계를 더 포함하는 방법.
24. The method according to any one of claims 1 to 23,
Further comprising deactivating a movement mode of the robotic arm system after the first robotic arm and the second robotic arm have moved.
서로에 대해 미리 결정된 이격 거리 및 미리 결정된 방향을 가지는 제1 로봇 암 및 제2 로봇 암을 포함하는 로봇 암 시스템을 제공하는 단계;
검출된 힘에 응답하여 제1 이동 벡터로 상기 제1 로봇 암을 자동적으로 이동시키는 단계; 및
상기 제1 로봇 암과 상기 제2 로봇 암 사이의 상기 미리 결정된 방향이 유지되고, 선택적으로 상기 제1 로봇 암과 상기 제2 로봇 암 사이의 상기 미리 결정된 이격 거리가 유지되도록, 상기 검출된 힘에 응답하여 제2 이동 벡터로 상기 제2 로봇 암을 자동적으로 이동시키는 단계를 포함하는 로봇 암 시스템 이동 방법.
Providing a robot arm system including a first robot arm and a second robot arm having predetermined distances and predetermined directions with respect to each other;
Automatically moving the first robot arm with a first motion vector in response to the detected force; And
Wherein the predetermined direction between the first robot arm and the second robot arm is maintained and optionally the predetermined distance between the first robot arm and the second robot arm is maintained, And automatically moving the second robotic arm in response to a second motion vector.
제1 로봇 암에 인가된 힘을 검출하는 힘 센서를 포함하는 제1 로봇 암;
상기 제1 로봇 암과 서로에 대해 미리 결정된 이격 거리 및 방향을 가지는 제2 로봇 암; 및
상기 제1 로봇 암 및 상기 제2 로봇 암에 연결되며, 검출된 힘에 응답하여 제1 이동 벡터로 상기 제1 로봇 암을 자동적으로 이동시키고, 상기 검출된 힘에 응답하여 상기 제1 로봇 암 및 상기 제2 로봇 암 사이의 상기 미리 결정된 이격 거리 및 방향이 유지되도록 제2 이동 벡터로 상기 제2 로봇 암을 자동적으로 이동시키는 제어기를 포함하는 로봇 암 시스템.
A first robot arm including a force sensor for detecting a force applied to the first robot arm;
A second robot arm having a predetermined separation distance and direction with respect to the first robot arm; And
And a second robot arm connected to the first robot arm and the second robot arm to automatically move the first robot arm with a first motion vector in response to the detected force, And a controller that automatically moves the second robot arm to a second motion vector such that the predetermined distance and direction between the second robot arms is maintained.
제26 항에 있어서,
상기 제1 로봇 암 및 상기 제2 로봇 암 사이의 상기 미리 결정된 이격 거리 및 방향은 상기 제1 로봇 암 및 상기 제2 로봇 암 사이의 선형 정렬을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 암 시스템.
27. The method of claim 26,
Wherein said predetermined spacing distance and direction between said first robot arm and said second robot arm comprises a linear alignment between said first robot arm and said second robot arm.
제26 항 내지 제27 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 로봇 암 사이의 선형 정렬은 상기 제1 로봇 암 및 상기 제2 로봇 암의 인터페이스 단부 사이의 선형 정렬을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 암 시스템.
28. The method according to any one of claims 26 to 27,
Wherein the linear alignment between the first and second robotic arms comprises a linear alignment between the interface ends of the first robotic arm and the second robotic arm.
제26 항 내지 제28 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어기는 상기 제1 로봇 암 및 상기 제2 로봇 암에 의해 형성된 라인 상의 지점에 대해 상기 제1 로봇 암 및 상기 제2 로봇 암의 인터페이스 단부를 회동시키는 것을 특징으로 하는 로봇 암 시스템.
29. The method according to any one of claims 26 to 28,
Wherein the controller rotates the interface ends of the first robot arm and the second robot arm with respect to a point on a line formed by the first robot arm and the second robot arm.
제26 항 내지 제29 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 라인 상의 지점은 상기 제1 로봇 암 및 상기 제2 로봇 암의 인터페이스 단부 사이에 있는 것을 특징으로 하는 로봇 암 시스템.
30. The method according to any one of claims 26 to 29,
And a point on the line is between the interface ends of the first robot arm and the second robot arm.
제26 항 내지 제30 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 라인 상의 지점은 상기 제1 로봇 암 및 상기 제2 로봇 암의 인터페이스 단부 너머에 있는 것을 특징으로 하는 로봇 암 시스템.
31. The method according to any one of claims 26 to 30,
And a point on the line is beyond an interface end of the first robotic arm and the second robotic arm.
제26 항 내지 제31 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어기는 X축, Y축 및 Z축 중 하나 이상을 따라 상기 제1 로봇 암 및 상기 제2 로봇 암을 함께 병진시키는 것을 특징으로 하는 로봇 암 시스템.
32. The method according to any one of claims 26 to 31,
Wherein the controller translates the first robotic arm and the second robotic arm together along at least one of an X-axis, a Y-axis, and a Z-axis.
제26 항 내지 제32 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 이동 벡터와 상기 제2 이동 벡터는 동일한 것을 특징으로 하는 로봇 암 시스템.
33. The method according to any one of claims 26 to 32,
Wherein the first motion vector and the second motion vector are the same.
제26 항 내지 제33 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 이동 벡터와 상기 제2 이동 벡터는 서로 상이한 것을 특징으로 하는 로봇 암 시스템.
34. The method according to any one of claims 26 to 33,
Wherein the first motion vector and the second motion vector are different from each other.
제26 항 내지 제34 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 로봇 암 시스템은 제3 로봇 암을 더 포함하고,
상기 제1 로봇 암, 상기 제2 로봇 암 및 상기 제3 로봇 암은 서로에 대해 미리 결정된 이격 거리 및 방향을 가지는 것을 특징으로 하는 로봇 암 시스템.
35. The method according to any one of claims 26 to 34,
The robot arm system further includes a third robot arm,
Wherein the first robot arm, the second robot arm, and the third robot arm have a predetermined separation distance and direction with respect to each other.
제26 항 내지 제35 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어기는 상기 제1 로봇 암, 상기 제2 로봇 암 및 상기 제3 로봇 암 사이의 상기 미리 결정된 이격 거리 및 방향이 유지되도록, 검출된 힘에 응답하여 제3 이동 벡터로 상기 제3 로봇 암을 자동적으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 로봇 암 시스템.
36. The method according to any one of claims 26 to 35,
Wherein the controller is configured to move the third robot arm with a third motion vector in response to the detected force so that the predetermined distance and direction between the first robot arm, the second robot arm, And automatically moves the robot arm.
제26 항 내지 제36 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 로봇 암, 상기 제2 로봇 암 및 상기 제3 로봇 암 사이의 상기 미리 결정된 이격 거리 및 방향은 상기 제1 로봇 암, 상기 제2 로봇 암 및 상기 제3 로봇 암 사이의 선형 정렬을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 암 시스템.
37. The method according to any one of claims 26 to 36,
Wherein the predetermined spacing distance and direction between the first robot arm, the second robot arm, and the third robot arm includes a linear alignment between the first robot arm, the second robot arm, and the third robot arm The robot arm system comprising:
제26 항 내지 제37 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 로봇 암, 상기 제2 로봇 암 및 상기 제3 로봇 암 사이의 선형 정렬은 상기 제1 로봇 암, 상기 제2 로봇 암 및 상기 제3 로봇 암의 인터페이스 단부 사이의 선형 정렬을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 암 시스템.
37. The method according to any one of claims 26 to 37,
Wherein the linear alignment between the first robot arm, the second robot arm and the third robot arm comprises a linear alignment between the interface ends of the first robot arm, the second robot arm and the third robot arm A robot arm system characterized by.
제26 항 내지 제38 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어기는 상기 제1 로봇 암, 상기 제2 로봇 암 및 상기 제3 로봇 암에 의해 형성된 라인 상의 지점에 대해 상기 제1 로봇 암, 상기 제2 로봇 암 및 상기 제3 로봇 암의 인터페이스 단부를 회동시키는 것을 특징으로 하는 로봇 암 시스템.
39. The method according to any one of claims 26 to 38,
Wherein said controller rotates the interface ends of said first robot arm, said second robot arm and said third robot arm with respect to a point on a line formed by said first robot arm, said second robot arm and said third robot arm The robot arm system comprising:
제26 항 내지 제39 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 라인 상의 지점은 상기 제1 로봇 암, 상기 제2 로봇 암 및 상기 제3 로봇 암의 인터페이스 단부 중 둘 이상의 사이에 있는 것을 특징으로 하는 로봇 암 시스템.
40. The method according to any one of claims 26 to 39,
And a point on the line is between two or more of the interface ends of the first robot arm, the second robot arm, and the third robot arm.
제26 항 내지 제40 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 라인 상의 지점은 상기 제1 로봇 암, 상기 제2 로봇 암 및 상기 제3 로봇 암의 인터페이스 단부 중 둘 이상의 너머에 있는 것을 특징으로 하는 로봇 암 시스템.
40. The method according to any one of claims 26 to 40,
Wherein the point on the line is located at least two of the interface ends of the first robotic arm, the second robotic arm, and the third robotic arm.
제26 항 내지 제41 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어기는 X축, Y축 및 Z 축 중 하나 이상을 따라 상기 제1 로봇 암, 상기 제2 로봇 암 및 상기 제3 로봇 암을 함께 병진시키는 것을 특징으로 하는 로봇 암 시스템.
42. The method according to any one of claims 26 to 41,
Wherein the controller translates the first robotic arm, the second robotic arm, and the third robotic arm together along at least one of an X-axis, a Y-axis, and a Z-axis.
제26 항 내지 제42 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 이동 벡터, 상기 제2 이동 벡터 및 상기 제3 이동 벡터 중 둘 이상은 동일한 것을 특징으로 하는 로봇 암 시스템.
43. The method according to any one of claims 26 to 42,
Wherein at least two of the first motion vector, the second motion vector, and the third motion vector are the same.
제26 항 내지 제43 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 이동 벡터, 상기 제2 이동 벡터 및 상기 제3 이동 벡터 중 둘 이상은 서로 상이한 것을 특징으로 하는 로봇 암 시스템.
44. The method according to any one of claims 26 to 43,
Wherein at least two of the first motion vector, the second motion vector, and the third motion vector are different from each other.
제26 항 내지 제44 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 로봇 암은 하나 이상의 조인트 및 하나 이상의 링크를 포함하고,
상기 제1 로봇 암의 힘 센서는 상기 하나 이상의 조인트에 연결된 토크 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 암 시스템.
45. The method according to any one of claims 26 to 44,
Wherein the first robot arm comprises one or more joints and one or more links,
Wherein the force sensor of the first robotic arm comprises a torque sensor coupled to the one or more joints.
제26 항 내지 제45 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 로봇 암은 하나 이상의 조인트 및 하나 이상의 링크를 포함하고,
상기 제1 로봇 암의 힘 센서는 상기 하나 이상의 링크에 연결된 촉각 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 암 시스템.
The method according to any one of claims 26 to 45,
Wherein the first robot arm comprises one or more joints and one or more links,
Wherein the force sensor of the first robotic arm comprises a tactile sensor connected to the one or more links.
제26 항 내지 제46 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어기는 검출된 힘에 응답하여 상기 로봇 암 시스템의 이동 모드를 활성화하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 로봇 암 시스템.
The method according to any one of claims 26 to 46,
Wherein the controller activates a movement mode of the robot arm system in response to a detected force.
제26 항 내지 제47 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 로봇 암 시스템의 이동 모드는 어드미턴스 모드 또는 임피던스 모드 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 암 시스템.
47. The method according to any one of claims 26 to 47,
Wherein the moving mode of the robot arm system includes at least one of an admittance mode and an impedance mode.
제26 항 내지 제48 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어기는 상기 제1 로봇 암 및 상기 제2 로봇 암이 이동한 후에 상기 로봇 암 시스템의 이동 모드를 비활성화하는 것을 특징으로 하는 로봇 암 시스템.
49. The method according to any one of claims 26 to 48,
Wherein the controller disables the moving mode of the robot arm system after the first robot arm and the second robot arm move.
제1 로봇 암;
상기 제1 로봇 암과 서로에 대해 미리 결정된 이격 거리 및 방향을 가지는 제2 로봇 암; 및
상기 제1 로봇 암 및 상기 제2 로봇 암에 연결되며, 검출된 힘에 응답하여 제1 이동 벡터로 상기 제1 로봇 암을 자동적으로 이동시키고, 상기 검출된 힘에 응답하여 상기 제1 로봇 암 및 상기 제2 로봇 암 사이의 상기 미리 결정된 방향이 유지되며, 선택적으로 상기 제1 로봇 암 및 상기 제2 로봇 암 사이의 상기 미리 결정된 이격 거리가 유지되도록 제2 이동 벡터로 상기 제2 로봇 암을 자동적으로 이동시키는 제어기를 포함하는 로봇 암 시스템.
A first robot arm;
A second robot arm having a predetermined separation distance and direction with respect to the first robot arm; And
And a second robot arm connected to the first robot arm and the second robot arm to automatically move the first robot arm with a first motion vector in response to the detected force, Wherein the predetermined direction between the first robot arm and the second robot arm is maintained and the second robot arm is automatically moved to the second movement vector so that the predetermined distance between the first robot arm and the second robot arm is maintained. To the robot arm system.
제26 항 내지 제50 항 중 어느 한 항에 따른 로봇 암 시스템을 제공하는 단계를 포함하는 방법.50. A method comprising providing a robotic arm system according to any one of claims 26 to 50. 힘 벡터 및 타이밍 특성을 포함하는, 로봇 암에 인가된 힘을 검출하는 단계;
검출된 힘의 힘 벡터 및 타이밍 특성에 기초하여 사용자 의도를 결정하는 단계; 및
결정된 사용자 의도에 응답하여 상기 로봇 암을 자동적으로 이동시키는 단계를 포함하는 로봇 암 이동 방법.
Detecting a force applied to the robot arm, the force vector including a force vector and a timing characteristic;
Determining a user intention based on a force vector and a timing characteristic of the detected force; And
And automatically moving the robot arm in response to the determined user intention.
제52 항에 있어서,
상기 로봇 암에 인가된 힘을 검출하는 단계는 힘이 상기 로봇 암의 조인트, 링크 또는 인터페이스 단부에 인가되었는지를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 암 이동 방법.
53. The method of claim 52,
Wherein detecting the force applied to the robot arm comprises detecting whether a force is applied to the joint, link or interface end of the robot arm.
제52 항 내지 제53 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 로봇 암에 인가된 힘을 검출하는 단계는 상기 로봇 암의 조인트에 연결된 토크 센서로 힘을 검출하는 단계 및 상기 로봇 암의 링크에 연결된 촉각 센서로 힘을 검출하는 단계 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 암 이동 방법.
53. The method according to any one of claims 52-53,
Wherein detecting the force applied to the robot arm comprises detecting at least one of a force with a torque sensor connected to a joint of the robot arm and a force with a tactile sensor connected to a link of the robot arm Wherein the robot arm is moved in the direction of the robot arm.
제52 항 내지 제54 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 사용자 의도를 결정하는 단계는, 상기 인가된 힘이 상기 로봇 암의 부분 또는 전체의 홀드, 푸시, 풀, 탭, 복수의 탭, 회전, 및 쉐이크 중 하나 이상인지를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 암 이동 방법.
58. The method according to any one of claims 52 to 54,
Wherein determining the user intent comprises determining that the applied force is at least one of a hold or a push, a pull, a tap, a plurality of taps, a rotation, and a shake of the portion or the entirety of the robot arm Wherein the robot arm is moved in the direction of the robot arm.
제52 항 내지 제55 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 로봇 암을 자동적으로 이동시키기 전에 로봇 암의 이동 모드를 활성화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 암 이동 방법.
55. The method according to any one of claims 52 to 55,
Further comprising the step of activating a movement mode of the robot arm before automatically moving the robot arm.
제52 항 내지 제56 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 로봇 암을 자동으로 이동시킨 후에 로봇 암의 이동 모드를 비활성화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 암 이동 방법.
58. The method according to any one of claims 52-56,
Further comprising the step of deactivating the moving mode of the robot arm after automatically moving the robot arm.
제52 항 내지 제57 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 이동 모드를 활성화하는 단계는, 상기 로봇 암과 통신하는 풋 페달, 상기 로봇 암과 통신하는 조이스틱, 음성 명령, 검출된 광, 또는 상기 로봇 암과 통신하는 컴퓨팅 장치로부터의 명령을 수신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 암 이동 방법.
57. The method according to any one of claims 52 to 57,
Wherein activating the movement mode comprises receiving a command from a computing device communicating with a foot pedal in communication with the robot arm, a joystick in communication with the robot arm, a voice command, detected light, or the robot arm And moving the robot arm.
제52 항 내지 제58 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 이동 모드는 임피던스 모드 또는 어드미턴스 모드 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 암 이동 방법.
62. The method according to any one of claims 52 to 58,
Wherein the movement mode includes at least one of an impedance mode and an admittance mode.
제52 항 내지 제59 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 사용자 의도를 결정하는 단계는, 상기 로봇 암에 인가된 힘이 상기 로봇 암의 조인트에 하나 이상의 탭을 포함하는지를 결정하는 단계를 포함하고,
상기 로봇 암을 자동적으로 이동시키는 단계는 상기 하나 이상의 탭에 응답하여 상기 로봇 암의 하나 이상의 다른 조인트 또는 인터페이스 단부의 위치를 유지하면서 상기 로봇 암의 조인트를 자동적으로 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 암 이동 방법.
60. The method according to any one of claims 52 to 59,
Wherein determining the user intent comprises determining whether a force applied to the robotic arm includes one or more taps in a joint of the robotic arm,
Wherein automatically moving the robot arm includes automatically moving a joint of the robot arm while maintaining the position of one or more other joints or interface ends of the robot arm in response to the one or more taps The robot arm moving method comprising:
제52 항 내지 제60 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 사용자 의도를 결정하는 단계는, 상기 로봇 암의 조인트의 위치가 유지되면서 상기 로봇 암에 인가된 힘이 상기 로봇 암의 인터페이스 단부에 대한 풀을 포함하는지를 결정하는 단계를 포함하며,
상기 로봇 암을 자동적으로 이동시키는 단계는 상기 로봇 암의 인터페이스 단부를 회전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 암 이동 방법.
60. The method according to any one of claims 52 to 60,
Wherein the step of determining user intent comprises determining whether a force applied to the robotic arm while maintaining the position of the joint of the robotic arm includes a pool for the interface end of the robotic arm,
Wherein the step of automatically moving the robot arm comprises rotating an interface end of the robot arm.
제52 항 내지 제61 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 사용자 의도를 결정하는 단계는, 상기 로봇 암에 인가된 힘이 상기 로봇 암의 인터페이스 단부에 대한 푸쉬 또는 풀을 포함하는지를 결정하는 단계를 포함하고,
상기 로봇 암을 자동으로 이동시키는 단계는 상기 인터페이스 단부에 대한 푸쉬 또는 풀에 응답하여 상기 로봇 암의 상기 인터페이스 단부를 자동적으로 이동시키는 단계와, 상기 인터페이스 단부의 이동을 따라 상기 로봇 암 전체를 자동적으로 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 암 이동 방법.
62. The method according to any one of claims 52 to 61,
Wherein the step of determining user intent comprises determining whether a force applied to the robotic arm includes a push or pull for the interface end of the robotic arm,
Wherein automatically moving the robot arm comprises automatically moving the interface end of the robot arm in response to a push or pull against the interface end and automatically moving the robot arm along the movement of the interface end, And moving the robot arm.
제52 항 내지 제62 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 로봇 암을 이동시키기 전에 로봇 암의 초기 위치를 기억하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 암 이동 방법.
62. The method according to any one of claims 52 to 62,
Further comprising the step of storing an initial position of the robot arm before moving the robot arm.
제52 항 내지 제63 항 중 어느 한 항에 있어서,
결정된 사용자 의도에 응답하여 상기 로봇 암을 이동시킨 후에 상기 로봇 암을 상기 초기 위치로 다시 이동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 암 이동 방법.
63. The method according to any one of claims 52 to 63,
Further comprising moving the robot arm to the initial position after moving the robot arm in response to the determined user intention.
로봇 암에 인가된 검출된 힘에 기초하여 사용자의 의도를 결정하는 단계; 및
결정된 사용자 의도에 응답하여 상기 로봇 암을 자동적으로 이동시키는 단계를 포함하는 로봇 암 이동 방법.
Determining a user's intention based on a detected force applied to the robot arm; And
And automatically moving the robot arm in response to the determined user intention.
힘 벡터 및 타이밍 특성을 포함하는, 로봇 암에 인가된 힘을 검출하는 힘 센서를 포함하는 로봇 암; 및
상기 로봇 암에 연결되고, 검출된 힘의 힘 벡터 및 타이밍 특성에 기초하여 사용자 의도를 결정하고, 결정된 사용자 의도에 응답하여 상기 로봇 암을 자동적으로 이동시키는 제어기를 포함하는 로봇 암 시스템.
A robot arm including a force sensor for detecting a force applied to the robot arm, including a force vector and a timing characteristic; And
A controller coupled to the robot arm for determining a user's intention based on a force vector and timing characteristic of the detected force and for automatically moving the robot arm in response to a determined user intention.
제66 항에 있어서,
상기 힘 센서는 힘이 상기 로봇 암의 조인트, 링크 또는 인터페이스 단부에 가해졌는지를 검출하는 것을 특징으로 하는 로봇 암 시스템.
67. The method of claim 66,
Wherein the force sensor detects whether a force is applied to the joint, link or interface end of the robot arm.
제66 항 내지 제67 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 힘 센서는 상기 로봇 암의 조인트에 연결된 토크 센서 및 상기 로봇 암의 링크에 연결된 촉각 센서 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 암 시스템.
67. A method according to any one of claims 66 to 67,
Wherein the force sensor comprises at least one of a torque sensor connected to a joint of the robot arm and a tactile sensor connected to a link of the robot arm.
제66 항 내지 제68 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어기는 상기 인가된 힘이 상기 로봇 암의 일부 또는 전체의 홀드, 푸시, 풀, 탭, 복수의 탭, 회전 및 쉐이크 중 하나 이상인지를 결정함으로써 상기 사용자 의도를 결정하는 것을 특징으로 하는 로봇 암 시스템.
69. The method according to any one of claims 66 to 68,
Wherein the controller determines the user intention by determining that the applied force is at least one of a hold, a push, a pull, a tap, a plurality of taps, a rotation, and a shake of part or all of the robot arm system.
제66 항 내지 제69 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어기는 상기 로봇 암을 자동으로 이동시키기 전에 상기 로봇 암의 이동 모드를 활성화하는 것을 특징으로 하는 로봇 암 시스템.
71. A method according to any one of claims 66 to 69,
Wherein the controller activates the moving mode of the robot arm before automatically moving the robot arm.
제66 항 내지 제70 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어기는 상기 로봇 암을 자동으로 이동시킨 후에 상기 로봇 암의 이동 모드를 비활성화하는 것을 특징으로 하는 로봇 암 시스템.
A method according to any one of claims 66 to 70,
Wherein the controller disables the moving mode of the robot arm after automatically moving the robot arm.
제66 항 내지 제71 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 이동 모드를 활성화하기 위해 상기 제어기와 통신하는 외부 제어 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 암 시스템.
73. The method according to any one of claims 66 to 71,
Further comprising an external control unit in communication with the controller to activate the movement mode.
제66 항 내지 제72 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 외부 제어 유닛은 풋 페달, 조이스틱, 마이크로폰, 광 검출기 및 컴퓨팅 장치 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 암 시스템.
73. The method according to any one of claims 66 to 72,
Wherein the external control unit comprises at least one of a foot pedal, a joystick, a microphone, a photodetector, and a computing device.
제66 항 내지 제73 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 이동 모드는 임피던스 모드 및 어드미턴스 모드 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 암 시스템.
73. The method according to any one of claims 66 to 73,
Wherein the movement mode includes at least one of an impedance mode and an admittance mode.
제66 항 내지 제74 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 로봇 암은 조인트, 링크 및 인터페이스 단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 암 시스템.
73. The method according to any one of claims 66 to 74,
Wherein the robot arm includes a joint, a link and an interface end.
제66 항 내지 제75 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어기는 상기 로봇 암에 인가된 힘이 상기 조인트 상의 하나 이상의 탭을 포함하는지를 결정함으로써 사용자 의도를 결정하고, 상기 하나 이상의 탭에 응답하여 상기 로봇 암의 하나 이상의 다른 조인트 또는 인터페이스 단부의 위치를 유지하면서 상기 로봇 암의 조인트를 자동적으로 이동시켜 상기 로봇 암을 자동적으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 로봇 암 시스템.
76. The method according to any one of claims 66 to 75,
Wherein the controller determines a user intent by determining whether a force applied to the robot arm includes one or more tabs on the joint and maintains the position of one or more other joint or interface ends of the robotic arm in response to the one or more taps Wherein the robot arm is automatically moved by automatically moving the joint of the robot arm.
제66 항 내지 제76 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어기는 상기 로봇 암에 인가된 힘이 상기 로봇 암의 인터페이스 단부에 대한 풀을 포함하는지를 결정함으로써 사용자 의도를 결정하고, 상기 로봇 암의 상기 조인트의 위치는 로봇 암은 유지되면서 상기 로봇 암의 인터페이스 단부를 회전시킴으로써 상기 로봇 암을 자동적으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 로봇 암 시스템.
77. The method according to any one of claims 66 to 76,
Wherein the controller determines a user intention by determining whether a force applied to the robot arm includes a pool with respect to the interface end of the robot arm, and wherein the position of the joint of the robot arm is determined by the interface of the robot arm And the robot arm is automatically moved by rotating the end portion of the robot arm.
제66 항 내지 제77 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어기는 상기 로봇 암에 인가된 힘이 상기 로봇 암의 인터페이스 단부에 대한 푸쉬 또는 풀을 포함하는지를 결정함으로써 사용자 의도를 결정하고, 상기 인터페이스 단부에 대한 푸쉬 또는 풀에 응답하여 상기 로봇 암의 인터페이스 단부를 자동적으로 이동하고 상기 인터페이스 단부의 이동을 따라 상기 로봇 암 전체를 자동적으로 이동시켜 상기 로봇 암을 자동적으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 로봇 암 시스템.
77. The method according to any one of claims 66 to 77,
Wherein the controller determines a user intent by determining whether a force applied to the robot arm includes a push or pull for the interface end of the robotic arm, And the robot arm is automatically moved by automatically moving the entire robot arm along the movement of the interface end portion.
제66 항 내지 제78 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어기는 상기 로봇 암을 이동시키기 전에 상기 로봇 암의 초기 위치를 기억하는 것을 특징으로 하는 로봇 암 시스템.
79. The method according to any one of claims 66 to 78,
Wherein the controller stores the initial position of the robot arm before moving the robot arm.
제66 항 내지 제79 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어기는 결정된 사용자 의도에 응답하여 상기 로봇 암을 이동시킨 후에 상기 로봇 암을 상기 초기 위치로 다시 이동시키는 것을 특징으로 하는 로봇 암 시스템.
80. The method according to any one of claims 66 to 79,
Wherein the controller moves the robot arm back to the initial position after moving the robot arm in response to a determined user intention.
제66 항 내지 제80 항 중 어느 한 항에 따른 상기 로봇 암 시스템을 제공하는 단계를 포함하는 방법.80. A method, comprising the step of providing the robotic arm system according to any one of claims 66 to 80.
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